Download - Simpower System
Simpower-system
Page 1 of 545
Nhập môn SimPowerSystems
SimPowerSystems and
Physical Modeling
Sử dụng mô phỏng SimPowerSystems với các sản
phẩm MathWorks khác để thiết kế hệ thống điện
Using This Guide Hiểu những yêu cầu cơ sở của người sử dụng và
cách tiếp cận hiệu quả nhất đối với tài liệu này
Simulating a Simple Circuit Xây dựng mạch đơn giản với khối
SimPowerSystems và nối với khối Simulink khác
Analyzing a Simple Circuit Sử dụng khối Powergui và phân tích đáp ứng tĩnh và
miền tần số
Simulating Transients Tạo hệ thống điện nhỏ, mô phỏng quá độ, and
discretize simple circuits
Introducing the Phasor
Simulation Method
Dùng phưong pháp phasor để phân tích biên độ và
pha mạch tuyến tính
Mô hình các hệ thống đơn giản
SimPowerSystems làm việc trên môi trường Simulinkđ. 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
Sử dụng mô phỏng SimPowerSystems với các sản
phẩm MathWorks khác để thiết kế hệ thống điện
Using This Guide Hiểu những yêu cầu cơ sở của người sử dụng và
cách tiếp cận hiệu quả nhất đối với tài liệu này
Simulating a Simple Circuit Xây dựng mạch đơn giản với khối
SimPowerSystems và nối với các khối Simulink
Simpower-system
Page 2 of 545
khác
Analyzing a Simple Circuit Sử dụng khối Powergui và phân tích đáp ứng tĩnh
và miền tần số
Simulating Transients Tạo hệ thống điện nhỏ, mô phỏng quá độ, và làm
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 trong môn này 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
sử dụng những những hệ thống điện tử công suất và hệ thống điều khiển để đạt
được những mục tiêu cần thực hiện.
SimPowerSystems là công cụ thiết kế hiện đại cho phép các nhà khoa học và
các kỹ sư nhanh chóng và dễ dàng xây dựng các mô hình mô phỏng hệ thống điện.
SimPowerSystems sử dụng môi 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
bạn phân tích mạch có thể tương tác với cơ khí, nhiệt, điều khiển và các môn kỹ
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
Bạn có thể nhanh chóng đưa SimPowerSystems vào làm việc. Các thư viện
chứa các mô hình thiết bị điện tiêu biểu như máy biến áp, đường dây, động cơ và
điện tử công suất. Các mô hình này đã được các tài liệu chứng minh, tính hợp lý
Simpower-system
Page 3 of 545
dựa kinh nghiệm trong phòng thí nghiệm kiểm tra và mô phỏng hệ thống năng
lượng của Hydro-Quybec, một vùng Bắc Mỹ rộng lớn ở Canada, và ở Ecole de
Technologie superieure và đại học Laval. Minh họa khả năng của
SimPowerSystems là mô hình hệ thống điện tiêu biểu. Và người sử dụng muốn
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
Ngoài SimPowerSystems, gia đình sản phẩm mô hình vật lý bao gồm
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, xem Web site MathWorks ở địa chỉ http://www.mathworks.com; xem phần
"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:
Modeling Simple Systems học cách mô phỏng các mạch điện theo ý
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
Những thông tin tham khảo các khối, ví dụ đơn giản, và các công cụ GUI cơ
bản, sử dụng SimPowerSystems Block Reference.
Với các câu lệnh, liên quan đến phần SimPowerSystems Command Reference
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 điện tương đương đường dây truyền 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 Simulink để nối liền
các phần điện khác nhau. Các phần điện nhóm trong thư viện đặc biệt gọi là
powerlib.
Nhập lệnh sau ở dấu nhắc của MATLAB Mở để mở thư viện
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. Từ menu File của cửa sổ powerlib, mở một cửa sổ mới chứa mạch
đầu tiên của bạn và lưu với tên circuit1.
2. Mở thư viện nguồn và copy khối AC Voltage Source vào cửa sổ
circuit1.
3. Mở hộp hội thoại AC Voltage Source bằng cách nhấp đôi chuột vào
biểu tượng và nhập các thông số biên độ, pha và tần số theo các giá trị cho
trên hình 1-1.
1. Lưu ý rằng xác định biên độ cho nguồn hình sin có giá trị đỉnh là
(424.4e3*sqrt(2) volts).
4. Thay đổi tên khối từ Voltage Source thành Vs.
5. Copy khối Parallel RLC Branch, trong thư viện Elements của
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 khối Parallel RLC Branch, có trên cửa sổ circuit1, đặt thông số R theo
hình 1-1, và đặt thông số L 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
tượng bây giờ chỉ còn điện trở. Kết quả tương tự đối với khối Series RLC
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.
Mô hình đường dây với các thông số phân phối R, L, và C không đổi thông
thường có thời gian trễ bằng thời gian truyền sóng trên đường dây. Mô hình này
không thể mô phỏng như hệ tuyến tính vì trễ tương ứng với số trạng thái hữu hạn.
Tuy nhiên, thích hợp nhất với đường dây có số trạng thái hữu hạn có thể có bằng
cách ghép nối vài mạch PI, mỗi PI thể hiện một phần nhỏ đường dây.
Phần PI có nhánh R-L nối tiếp và 2 nhánh shunt C. Mô hình chính xác tùy
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
khối Series RLC Branch để mô hình điện kháng shunt, trừ khi bạn tính toán bằng
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 thể thấy thuận lợi hơn khi sử dụng khối Series RLC Load cho
phép xác định trực tiếp công suất tác dụng và phản kháng do điện kháng shunt tiêu
thụ.
Copy khối Series RLC Load, trong thư viện Elements của powerlib. Tên khối
này là 110 Mvar. Đặt các thông số như sau:
Vn 424.4e3 V
fn 60 Hz
P 110e6/300 W (quality factor =
300)
QL 110e6 vars
Qc 0
Lưu ý, khi không có dung lượng điện dung xác định, tụ xuất hiện trên biểu
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
thư viện Measurements của powerlib. Copy và đặt tên là U1. Nối đầu dương đến
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 trong thư viện
Sinks của Simulink.
Mở thư viện Sinks của Simulink và copy khối Scope vào cửa sổ circuit1. 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
Khối Voltage Measurement làm việc như một giao diện giữa khối
SimPowerSystems và khối Simulink. Đối với hệ thống ở trên, bạn đã thực hiện như
Simpower-system
Page 8 of 545
một giao diện từ hệ thống điện thành hệ thống Simulink. Khối Voltage
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
cũng có thể sử dụng để chuyển đổi bất kì dòng điện đo được nào thành tín hiệu
Simulink.
Bạn cũng có thể giao diện các khối từ Simulink với hệ thống điện. Ví dụ, bạn
có thể dùng khối Controlled Voltage Source để xen điện áp vào mạch điện như hình
vẽ sau.
Electrical Terminal Ports and Connection Lines: SimPowerSystems là
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 :
o Các đường nối cổng Simulink thông thường > là các đường tín
hiệu trực tiếp.
o Các đường nối các cổng đầu cuối là các đường nối đặc biệt.
Có thể phân nhánh các đường vô hướng, nhưng bạn không thể nối
chúng với cổng Simulink > hoặc với đường tín hiệu Simulink thông
thường.
o Bạn có thể nối cổng Simulink > chỉ đến các cổng Simulink
khác và các cổng đầu cuối chỉ đến các cổng đầu cuối khác.
o Chuyển đổi tín hiệu Simulink thành nối điện hoặc yêu cầu
ngược lại dùng khối SimPowerSystems làm nổi bật cả các cổng
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 2 scope. Bạn cũng có thể thay đổi tần số và 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
Để dễ dàng phân tích trạng thái ổn định của mạch, thư viện powerlib có một
khối giao diện đồ họa người sử dụng (GUI). Copy khối Powergui vào mạch
circuit1 và nhấp đôi chuột trên biểu tượng để mở khối.
Từ menu Analysis tools khối Powergui, chọn Steady-State Voltages and
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
Tên biến trạng thái chứa tên khối có điện cảm hoặc điện dung, tiền tố Il cho
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 Vblock output - Vblock input.
Lưu ý Tùy 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.
Bây giờ từ menu Analysis tools của Powergui, chọn Initial State Settings.
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 của powerlib có khối Impedance Measurement 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
Tìm mối quan hệ giữa điện kháng và tần số từ mô hình không gian
trạng thái (State-Space)
Để đo điện kháng phụ thuộc tần số ở nút B2, bạn cần nguồn dòng ở nút B2 cấp
đầu vào thứ hai mô 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
Bây giờ tính toán hiển thị không gian trạng thái mô hình circuitl với lệnh
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
Lưu ý rằng bạn có thể có tên và điều chỉnh các trạng thái, đầu vào, và đầu ra
trực tiếp từ khối Powergui.
Simpower-system
Page 14 of 545
Thứ nhất mô hình không gian trạng thái của hệ thống đã biết, nó có thể phân
tích trong phạm vi tần số. Ví dụ, các mô hình mạch này có thể tìm từ
***eigenvalues ma trận A (dùng lệnh eig MATLAB).
eig(A)
ans =
1.0e+05 *
-2.4972
-0.0001 + 0.0144i <- 229 Hz
-0.0001 - 0.0144i
-0.0002 + 0.0056i <- 89 Hz
-0.0002 - 0.0056i
-0.0000
Hệ thống này có 2 chế độ dao động ở 89 Hz và 229 Hz. Chế độ 89 Hz vì nguồn
tương đương, mô hình đẳng trị 1 pha. Chế độ 229 Hz là chế độ đầu mô hình đường
dây bằng một PI.
Lưu ý Nếu bạn có cài đặt Control System Toolbox, bạn có thể tính toán
điện kháng của mạng như hàm của tần số bằng cách sử dụng hàm bode.
Trong phạm vi Laplace, xác định điện kháng Z2 ở nút B2 như hàm chuyển đổi
giữa dòng thêm vào nút B2 (đầu vào 2 của hệ thống) và điện áp đo tại nút (đầu ra 2
của hệ thống:
)(2
)(2)(2
sI
sUsZ
Điện kháng ở nút B2 trong dải 0 đến 1500 Hz có thể tính toán và hiển thị như
sau:
freq=0:1500;
w=2*pi*freq;
[mag1,phase1]=bode(A,B,C,D,2,w);
semilogy(freq,mag1(:,2));
Lặp lại quá trình này để có đáp ứng tần số với 10 PI. Mở hộp hội thoại PI
Section Line và thay đổi số phần từ 1 đến 10. Để tính đáp ứng tần số mới và chồng
lên những tần số thu được với đường dây đơn, nhập theo các câu lệnh sau:
[A,B,C,D]=power_analyze('circuit1');
[mag10,phase10]=bode(A,B,C,D,2,w);
semilogy(freq,mag1(:,2),freq,mag10(:,2));
Simpower-system
Page 15 of 545
Đây là kết quả.
Hình 1-2: Điện kháng ở nút B2 như hàm của tần số
Đồ thị này thể hiện dải tần số mô hình đường dây đơn giới hạn xấp xỉ 150 Hz.
Với tần số cao hơn, mô hình 10 đường là sự xấp xỉ tốt hơn.
Cho mô hình đường dây thông số phân phối tốc độ truyền là
Thời gian truyền trên đường dây 300 km là T = 300/293,208 = 1.023 ms và tần
số chế độ đầu là f1 = 1/4T = 244 Hz. Thông số phân phối đường dây có vô số chế
độ 244 + n*488 Hz (n = 1, 2, 3...). Mô hình đường dây 10 phần mô phỏng 10 chế độ
đầu tiên. 3 chế độ đường dây đầu tiên có thể xem hình 1-2 (244 Hz, 732 Hz, và
1220 Hz).
Tìm mối quan hệ giữa điện kháng (Impedance) và tần số (vs.
Frequency) từ khối Impedance Measurement và Powergui
Chu trình mô tả ở trên để đo điện kháng tự động trong SimPowerSystems. Mở
thư viện Measurements của powerlib, copy khối Impedance Measurement vào mô
hình, và đổi tên là ZB2. Nối 2 đầu vào khối này với nút B2 và đất như hình vẽ.
Simpower-system
Page 16 of 545
Đo điện kháng vs. tần số với khối Impedance Measurement
Bây giờ mở Powergui. Trong menu Tools, chọn Impedance vs Frequency
Measurement. Một cửa sổ mới mở ra, liệt kê khối Impedance Measurement có
trong mạch của bạn.
Trong trường hợp của bạn chỉ đo một điện kháng, và khối ZB2 xác nhận (tên
khối ZB2) trong cửa sổ. Điền dải tần bằng cách nhập 0:2:1500 (0 đến 1500 Hz bước
là 2 Hz). Chọn mức logarit để hiển thị biên độ Z. Chọn hộp kiểm tra Save data
when updated và nhập ZB2 như là tên biến để chứa điện kháng tần số vs. Nhấp nút
Display/Save.
Simpower-system
Page 17 of 545
Khi hoàn tất tính toán, cửa sổ hiển thị biên độ và pha như một hàm tần số. Biên
độ nên đồng nhất để vẽ (cho 1 đường) như hình 1-2. Nếu bạn nhìn vào không gian
làm việc, bạn nên có tên biến ZB2. Nó là ma trận 2 cột với tần số ở cột 1 và điện
kháng phức ở cột 2.
Bây giờ mở hộp hội thoại Simulation --> Simulation parameters mô hình
circuit1. Trong ô Solver, chọn thuật toán tích phân ode23tb. Đặt dung sai tương đối
là 1e-4 và giữ mặc định các tham số khác. Đặt thời gian dừng là 0.05. Mở scope và
bắt đầu mô phỏng.
Quan sát dạng sóng điện áp gửi đi và nhận về trên ScopeU1 và ScopeU2. Trong
khi tự động khởi tạo biến trạng thái, hệ thống khởi động ở trạng thái ổn định và
quan sát dạng sóng.
Cuối cùng mở Powergui. Trong menu Tools, chọn Initial State Settings đặt lại
tất cả các trạng thái là 0 bằng cách chọn nút To zero và sau đó là nút Apply. Khởi
động lại mô phỏng và quan sát quá trình quá độ khi đường dây làm việc từ 0.
Simpower-system
Page 18 of 545
Receiving End Voltage U2 with 10 PI Section Line
Mô phỏng quá trình quá độ
Trong phần này bạn
Học cách để tạo một hệ thống điện nhỏ
Mô phỏng quá trình quá độ một máy cắt
So sánh phạm vi thời gian kết quả mô phỏng với các mô hình khác
Học cách gián đoạn mạch và so sánh kết quả với kết quả từ mô phỏng
liên tục, thuật toán bước thời gian thay đổi
Một vấn đề chính khi sử dụng SimPowerSystems là mô phỏng quá trình quá độ
mạch điện. Điều này có thể thực hiện với cả các chuyển mạch cơ (máy cắt) hoặc các
chuyển mạch sử dụng thiết bị điện tử công suất.
Đầu tiên mở hệ thống circuit1 và xóa nguồn nối ở nút B2. Lưu hệ thống mới
này là circuit2. Trước khi nối một máy cắt, bạn nên thay đổi sơ đồ circuit2. Với
Simulink, SimPowerSystems cho phép bạn nhóm nhiều thành phần vào trong một
hệ thống con. Đặc tính này rất hữu ích vì nó đơn giản hóa sơ đồ.
Sử dụng đặc tính này để chuyển đổi điện kháng nguồn vào một hệ thống con:
1. Chọn 2 khối giống nhau Rs_eq và Z_eq bằng cách dùng nút trái chuột
để khoanh vùng và dùng menu Edit --> 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:
o disp('Equivalent\nCircuit')
3. Biểu tượng bây giờ tên Equivalent Circuit, như hình vẽ trên.
4. Dùng menu Format --> Show drop shadow để đổ bóng cho khối
Subsystem. Bạn có thể nhấp đôi vào khối Subsystem và xem nội dung của
nó.
5. Chèn máy cắt vào mạch để mô phỏng sự làm việc của đường dây
bằng cách mở thư viện Elements của powerlib. Copy khối Breaker vào cửa
sổ circuit2.
Máy cắt là mô hình phi tuyến vì máy cắt nối tiếp với một điện trở. Vì những
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:
Ron 0.001
Initial state 0 (open)
Rs inf
Cs 0
Switching times [(1/60)/4]
2. Chèn máy cắt nối tiếp đầu đường dây, sau đó sắp xếp lại mạch như
hình vẽ trước.
3. Mở scope U2 và nhấp biểu tượng Parameters và chọn tab Data
history. Nhấp nút Save data to workspace đặt tên biến U2 để lưu kết quả
mô phỏng; sau đó thay đổi chức năng Format cho U2 theo Array. Tương tự
Simpower-system
Page 20 of 545
xóa Limit rows to last để hiển thị toàn bộ dạng sóng khi số lần mô phỏng
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
thoại Simulation --> Simulation parameters. Bây giờ hệ thống có khóa, bạn cần
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
nhất là 0.02s. Mở scope và bắt đầu mô phỏng. Xem dạng sóng điện áp gửi đi và
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.
Mở hộp hội thoại PI section Line và thay đổi số phần từ 1 thành 10. Bắt đầu
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.
Bây giờ bạn có thể so sánh 3 dạng sóng đã có với mô hình 3 dây. Mỗi biến
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
Một đặc tính quan trọng của SimPowerSystems là khả năng mô phỏng với cả
thuật toán tích phân liên tục, gián đoạn hoặc với các phép toán giải riêng. Với các
hệ thống nhỏ, thuật giải bước thời gian thay đổi thường nhanh hơn so với phương
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
gian lớn nhất chấp nhận được. Thường bước thời gian là 20 s đến 50 s cho kết
quả tốt nhất khi mô phỏng quá trình quá độ trên hệ thống 50 Hz hoặc 60 Hz hoặc hệ
thống dùng thiết bị điện tử công suất tính toán đường dây như diode và thyristor.
Bạn phải giảm bước thời gian cho hệ thống dùng chuyển mạch điện tử công suất.
Các thiết bị này, trabsistor lưỡng cực cổng cách điện (IGBT), transistor trường
(FET), thyristor cổng ngắt (GTO) làm việc với tần số cao.
Ví dụ mô phỏng bộ chuyển đổi điều biến độ rộng xung (PWM) làm việc ở 8
kHz yêu cầu bước thời gian 1 s.
Bây giờ bạn học cách gián đoạn hệ thống và so sánh các kết quả mô phỏng đã
có với hệ thống liên tục và gián đoạn. Mở hệ thống circuit2_10pi đã lưu từ mô
phỏng trước. Hệ thống này có 24 trạng thái và 1 khóa. Mở Powergui và chọn
Discretize electrical model. Đặt thời gian mẫu là 25e-6 s. Khi khởi động lại mô
phỏng, hệ thống công suất bị gián đoạn dùng phương pháp Tustin (tương ứng tích
phân hình thang) dùng thời gian mẫu là 25 s.
Simpower-system
Page 22 of 545
Mở hộp hội thoại Simulation --> Simulation parameters --> Solver và đặt
thời gian mô phỏng là 0.2 s. Bắt đầu mô phỏng.
Lưu ý Đầu tiên hệ thống gián đoạn, không có trạng thái liên tục khác trong
hệ thống điện. Vì vậy bạn không cần phương pháp tích phân bước biến để
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 s.
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.
Để quay lại mô phỏng liên tục, mở khối Powergui và chọn Continuous. Nếu
bạn so sánh thời gian mô phỏng, bạn thấy thời gian mô phỏng hệ thống gián 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 s.
3. Mô phỏng hệ thống rời rạc, với Ts = 50 s.
Mỗi lần mô phỏng lưu điện áp U2 trong biến khác. Dùng tương ứng U2c,
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 trên miền từ 4 đến 12 ms cửa sổ vẽ để so sánh sự khác nhau quá độ
tần số cao. 25 s là tốt với mô phỏng liên tục. Tuy nhiên tăng bước thời gian lên 50
s sinh ra lỗi. Đối với mạch này bước thời gian 25 s 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 này giải thích cách sử dụng phương pháp mô phỏng thứ 3, phương pháp
giải phasor.
Khi nào dùng giải Phasor
Phương pháp giải chủ yếu được sử dụng để khảo sát sự dao động điện cơ hệ
thống công suất bao gồm những máy phát và động cơ lớn. Một ví dụ cho phương
pháp này là mô phỏng hệ thống nhiều máy trong Three-Phase Systems and
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
áp và dòng khi khóa đóng hoặc mở, bạn không nên giải kết quả các phương trình
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
số liên quan dòng và áp. Đây là những gì mà phương pháp giải phasor thực hiện
Simpower-system
Page 24 of 545
được. Như tên ngụ ý của nó, phương pháp này tính toán dòng và áp như phasors.
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
thư viện Demos của powerlib. Mở thư viện General Demos và chọn tên demo
"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
132.8 kV RMS, 60 Hz) nối tiếp với điện kháng trong của nó (Rs Ls). Mô hình
nguồn cung cấp cho tải RL thông qua đường dây truyền tải 150 km bằng một PI
(nhánh RL1 và điện dung shunt, C1 và C2). Sử dụng máy cắt để đóng cắt tải (75
MW, 20 Mvar) ở đầu đường dây. Sử dụng hai khối đo để giám sát áp và dòng tải.
Khối Powergui ở góc thấp bên trái biểu thị mô hình là liên tục. Bắt đầu mô
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.
Tùy chọn này có thể truy cập thông qua khối Powergui. Mở khối này và chọn
Simpower-system
Page 25 of 545
Phasor simulation. Bạn cũng phải xác định tần số sử dụng để giải phương trình
mạng đại số. Giá trị mặc định 60 Hz nhập sẵn trong menu Frequency. Đóng
Powergui và chú ý rằng từ Phasors bây giờ xuất hiện trên biểu tượng Powergui, thể
hiện bây giờ Powergui cung cấp phương pháp Phasors để mô phỏng mạch. 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
Nếu bây giờ bạn nhấp đôi chuột vào khối Voltage Measurement hoặc khối
Current Measurement, bạn thấy menu cho phép tín hiệu đầu ra phasor ở 4 dạng khác
nhau: Phức (chọn mặc định), Thực-ảo, Biên độ-góc pha, hoặc chỉ biên độ. Dạng
phức thường rất hữu ích khi bạn muốn xử lý tín hiệu phức. Lưu ý rằng máy hiện
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.
Bắt đầu lại mô phỏng. Các biên độ áp và dòng 60 Hz bây giờ hiển thị trên
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.
Chọn định dạng Complex cho dòng và áp, dùng các khối trong thư viện
Simulink Math, thực hiện đo công suất như hình vẽ sau.
Tính toán công suất dùng áp và dòng phức
Giá trị phức các khối Magnitude-Angle bây giờ yêu cầu chuyển đổi phức
phasor thành biên độ trước khi đưa đến scope.
Hệ thống tính toán công suất chỉ thực hiện khi xây dựng trong
SimPowerSystems. Khối Active & Reactive Power (Kiểu Phasor) có trong thư viện
Extras.
SimPowerSystems User's Guide
Modeling Simple Systems 4 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
Giới thiệu các phương pháp và thiết bị tăng cường
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, tạo mã, tạo mô
hình riêng cho bạn, và điều chỉnh tham số các khối
Systems with Electric Drives Giới 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
Nghiên cứu các tình huống với các ví dụ cụ thể
cách sử dụng SimPowerSystems trong các ứng
dụng tiêu biểu.
Transient Stability of Power
Systems Using Phasor
Simulation
Nghiên cứu các tình huống với các ví dụ cụ thể thực
hiện phương pháp mô phỏng phasor của
SimPowerSystems như thế nào trong các ứng dụng
tiêu biểu
Technical Conventions Trình bày 2 đơn vị đo dùng trong tài liệu
Converting Version 2 Models Giải thích cách cập nhật các mô hình từ Version 2
sang Version 3
Acknowledgments Thông tin về tác giả các công cụ
Advanced Components and
Techniques
Chương này giới thiệu những phương pháp và những công cụ tăng cường để
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. Phần 3 trình bày hệ
thống năng lượng 3 pha, động cơ điện và trào lưu công suất, và sử dụng phương
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
Dùng điện tử công suất và máy biến áp và thay đổi
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 cơ điện và các thành phần 3 pha.
Cung cấp phương pháp giải phasor để khảo sát dao
động điện cơ trong hệ thống điện
Building and Customizing
Nonlinear Models
Mô hình hệ thống phi tuyến và tạo các khối riêng
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
Thiết kế SimPowerSystems để mô phỏng các thiết bị điện tử công suất. Phần
này dùng mạch đơn giản dựa vào thyristor như là một ví dụ cơ bản.
Xét mạch ở hình vẽ dưới. Nó thể hiện một pha bộ bù tĩnh (SVC) dùng trong
mạng truyền tải 735 kV. Trên cuộn thứ cấp của máy biến áp 735 kV/16 kV, 2 nhánh
điện nạp nối song song: một nhánh điện kháng điều khiển thyristor (TCR) và một
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 = 0.15F
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.
Một mạch đệm RC nối qua mỗi van. Nhánh TSC là bật/tắt, để thay đổi bước gián
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. Mở thư viện Power Electronics và copy khối Thyristor vào mô hình
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.
Máy biến áp tuyến tính trong thư viện Elements. Copy và đổi tên thành TrA,
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.
Cuối cùng, đặt thông số nhánh từ hóa Rm và Xm là [500, 500]. Các giá trị
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
đầu ra ở đầu m của Th1. Rồi nối 2 đầu ra bộ phân kênh tới scope, đổi tên
Scope_Th1. (Để tạo đầu ra thứ 2 đến scope, trong menu Scope properties -->
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
Bây giờ bạn có thể mô hình máy phát xung đồng bộ kích hoạt Th1 và Th2.
Copy 2 máy phát xung Simulink vào hệ thống, tên là Pulse1 and Pulse2, và nối
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
gửi đến mỗi thyristor 0 sau khi điện áp tính toán thyristor đi qua giá trị 0. 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 pha 1/60+T cho xung1
1/60+1/120+T cho xung2
Lưu ý xung gửi đến Th2 trễ 1800 so với xung gửi đến Th1. Dùng thời gian trễ T
để xác định góc mở . Để có góc mở là 1200, 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.
Lưu ý bạn cũng có thể chọn hệ thống gián đoạn. Hãy thử, ví dụ, thời gian
mẫu là 50 s. 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
Bây giờ bạn có thể thay đổi hệ thống circuit3 và thay đổi nhánh TCR thành
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
đổi các tham số R, L, và C như trong hình 2-1. Nối volt kế và scope để giám sát
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 thành phần độ lớn điện áp và dòng điện sơ 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
cực tính. Điện áp tụ ban đầu tương ứng điện áp trạng thái ổn định đã có khi khóa
thyristor đóng. Điện áp tụ là 17.67 kVrms khi van dẫn. Ở thời điểm đóng, tụ phải
nạp với điện áp đỉnh.
Bây giờ bạn có thể 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 biến trạng thái
với các giá trị mặc định ban đầu xuất hiện. Giá trị điện áp đầu đi qua tụ C (biến
Uc_C) là -0.3141 V. Điện áp này không chính xác không vì bộ đệm cho phép dòng
nhỏ đi qua khi cả hai thyristors đóng. Bây giờ chọn biến trạng thái Uc_C và nhập
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
Điều khiển thay đổi tốc độ động cơ điện AC dùng các khóa điện tử công suất
chuyển mạch như là IGBT, MOSFET, và GTO. Các máy không đồng bộ được cung
cấp bởi điều chế độ rộng xung (PWM) bộ chuyển đổi điện áp nguồn (VSC) ngày
nay dần thay thế bằng động cơ DC và cầu thyristor. Với PWM, kết hợp với kỹ thuật
điều khiển hiện đại như điều khiển huớng điện trường hoặc điều khiển hướng
mômen, bạn có thể có sự linh hoạt trong điều khiển tốc độ và mômen như với các
máy DC. Phần này trình bày cách xây dựng 1 mạch vòng hở đơn giản AC điều
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
đầy đủ, máy đồng bộ, và máy đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Có thể sử dụng mỗi
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
phỏng quá độ điện cơ trong mạng điện. Chúng có thể kết hợp các thiết bị điện tử
công suất để thực hiện mô phỏng.
Thư viện Power Electronics có các khối cho phép bạn mô phỏng diode,
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 suất IGBT/Diodes
Simpower-system
Page 35 of 545
Snubber
Rs 1e5
Cs inf
Ron 1e-3
Điện áp thuận
Vf 0 V
Vfd 0 V
Tail
Tf 1e-6 s
Tt 1e-6 s
1. Lưu ý rằng mạch đệm là không thể thiếu đối với hộp hội thoại
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, vì mô hình thành phần phi tuyến trong SimPowerSystems như một
nguồn dòng, bạn phải cấp 1 đường dẫn song song qua mỗi IGBT để cho phép
nối đến một mạch cảm (stator máy đồng bộ). Giá trị điện trở cao bộ đệm
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 ws= 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
Asynchronous Machine thay đổi kiểu động cơ là Squirrel cage (lồng sóc).
Lưu ý rằng sau khi thay đổi thì không được nối rotor.
7. Mở menu khối Machine Measurement Demux. Khi khối này nối với
đầu ra máy đo, nó cho phép bạn truy cập những thông tin cụ thể bên trong
máy. Đầu tiên chọn kiểu máy Asynchronous. 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
Bây giờ bạn thực hiện đặc tính mômen tốc độ tải động cơ. Giả thiết đặc tính
mômen tốc độ bậc hai (tải kiểu quạt hoặc bơm). Mômen T bằng bình phương tốc
độ .
Mômen định mức của động cơ là
Do đó hằng số k nên là
1. Mở thư viện Math Operations của Simulink và copy khối Math
Function vào mô hình circuit5. Mở menu khối và nhập biểu thức mômen như
một hàm tốc độ: 3.34e-4*u^2.
2. Nối đầu ra khối Math Function đến đầu ra tốc độ khối Machines
Measurement Demux, tên wm, và đầu ra của nó đến đầu vào động cơ, 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. Mở thư viện Measurements và copy khối Voltage Measurement vào
mô hình circuit5. Thay đổi tên khối là Vab.
5. Dùng khối Ground ở thư viện Elements, nhập công suất và điện áp
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. Mở thư viện các khối điều khiển Extras/Discrete và copy khối máy
phát xung 3 pha PWM vào mô hình circuit5. Có thể dùng khối này để phát
xung cho cầu mức 2 hoặc mức 3. Ngoài ra khối phát 2 xung (đầu ra P1 và
P2) có thể gửi đến 2 cầu 3 nhánh khác khi bộ chuyển đổi sử dụng cấu hình
cầu kép. Trong trường hợp này, sử dụng nó như một máy phát xung PMW
cầu đơn 2 cấp. Bộ chuyển đổi làm việc trong mạch vòng hở, và phát bên
trong 3 tín hiệu điều chế PWM. Nối đầu ra P1 với đầu vào xung khối
Universal Bridge
2. Mở hộp hội thoại khối Discrete Three-Phase PWM Generator và đặt
các tham số như sau.
Type 2 level
Simpower-system
Page 37 of 545
Mode of operation Un-synchronized
Carrier frequency 18*60Hz (1080 Hz)
Internal generation of modulating
signals
Selected
Modulation index m 0.9
Output voltage frequency 60 Hz
Output voltage phase 0 degrees
Sample time 10e-6 s
3. Dùng menu Edit --> Look Under Mask của cửa sổ mô hình để xem
PWM thực hiện như thế nào. Hệ thống điều khiển này được tạo đầy đủ với
các khối Simulink. Khối có gián đoạn vì vậy các xung thay đổi nhiều bước
thời gian xác định. Một bước thời gian là 10 s tương ứng - 0.54% chu kì
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 chế 0.90 điện áp dây 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 các khối 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. Mở hộp hội thoại khối Discrete Fourier và kiểm tra các tham số đặt
như sau:
Tần số cơ bản f1 60 Hz
Số họa tần 1
Đầu vào ban đầu [0 0]
Simpower-system
Page 38 of 545
Thời gian mẫu 10e-6 s
3. Nối khối này với sensor điện áp Vab.
4. Nhấp đôi khối Discrete Fourier. Để đo dòng pha A, bạn cần chọn
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
hai và đầu ra của nó với đầu ra is_abc của khối Machines Measurement
Demux như trong hình 2-4.
6. Cuối cùng, thêm scopes vào mô hình. Copy một khối Scope block vào
mạch. Sử dụng Scope này để hiển thị các giá trị tức thời của động cơ như
điện áp, dòng điện, tốc độ, và mômen điện từ. Trong menu Scope Properties
--> General của scope, đặt các tham số như sau:
Số trục 4
Dải thời gian 0.05 s
Tick labels bottom 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 last deselected
Save data to workspace selected
variable name ASM
Format Structure with time
Sau khi mô phỏng, hiển thị sẵn 4 tín hiệu trên scope theo cấu trúc mảng
tên ASM.
2. Nhấp đôi vào Scope 4 đầu vào và thay đổi số đầu vào là 2. Sử dụng
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.
Mô phỏng điều khiển PWM động cơ bằng thuật toán tích phân liên
tục
Simpower-system
Page 39 of 545
Mở menu Simulation --> Simulation parameters. Chọn thuật toán tích phân
ode23tb. Đặt dung sai tương đối là 1e-4, dung sai tuyệt đối và cỡ bước cực đại là
auto, và thời gian dừng là 1 s. Bắt đầu mô phỏng. Kết quả mô phỏng như trong hình
2-5.
Động cơ khởi động và đạt tốc độ ổn định 181 rad/s (1728 rpm) sau 0.5 s. 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
bạn phóng to mômen trạng thái ổn định, bạn nên quan sát tín hiệu nhiễu ở giá trị
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 thành phần 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
Khối Universal Bridge không phải hệ thống con truyền thống mà có thể truy
cập 6 khóa riêng biệt. Nếu bạn muốn đo áp và dòng khóa, bạn phải dùng khối
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. Copy khối Multimeter từ thư viện Measurements vào circuit5. 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
iSw1 Universal Bridge
iSw2 Universal 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 ý Khối Multimeter sử dụng không giới hạn khối Universal Bridge. Rất
nhiều khối Electrical Sources và thư viện Elements có thông số
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. Tùy thuộc vào máy tính của bạn, nó có thể mất một vài phút để mô phỏng 1
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 s.
Khi không có trạng thái liên tục trong hệ thống, bạn không cần phương pháp
tích phân bước biến để giải hệ thống này. Trong ô hộp hội thoại Simulation -->
Simulation parameters --> Solver, chọn Fixed-step và Discrete (không chọn
continuous).
Bắt đầu mô phỏng. Quan sát sự mô phỏng bây giờ nhanh gấp 3 lần so với hệ
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.
Bây giờ dùng công cụ FFT của Powergui để hiển thị phạm vi tần số các dạng
sóng áp và dòng. Lưu các tín hiệu trong không gian làm việc theo cấu trúc mảng
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 trúc ASM
Đầu vào Vab
Số tín hiệu 1
Thời gian khởi động 0.7 s
Số chu kì 2
(Menu kéo xuống) Hiển thị cửa sổ FFT
Tần số cơ bản 60 Hz
Tần số cơ bản 5000 Hz
Simpower-system
Page 42 of 545
Trục tần số Harmonic order
Kiểu hiển thị Thanh (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.
Biên độ cơ bản điện áp bộ chuyển đổi (312 V) so sánh đúng với giá trị lý thuyết
(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 cách mô phỏng hệ thống điện 3 pha có các động cơ điện và mô
hình 3 pha khác
Thực hiện nghiên cứu trào lưu công suất và khởi tạo các máy để bắt
đầu mô phỏng trạng thái ổn định bằng cách sử dụng tùy chọn Load Flow
and Machine Initialization của Powergui
Mô phỏng hệ thống và quan sát sự thực 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:
Hình 2-6: Máy phát Diesel và động cơ không đồng bộ trong mạng phân
phối
Hệ thống này có một cây (nút B2), mô phỏng bằng một tải trở 1 MW và tải
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).
Mô hình mạng 25 kV bằng nguồn tương đương R-L (mức ngắn mạch 1000
MVA, hệ số tỉ lệ X/R = 10) và tải 5 MW. Động cơ không đồng bộ có các giá trị
định mức 2250 HP, 2.4 kV, và máy điện đồng bộ có giá trị định mức 3.125 MVA,
2.4 kV.
Đầu tiên động cơ phát công suất cơ 2000 HP và máy phát diesel dự phòng,
không chuyển công suất tác dụng. Do đó máy điện đồng bộ làm việc như một tụ
phát đồng bộ chỉ yêu cầu công suất 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
sự cố và cô lập máy phát-động cơ, hệ thống kích từ máy phát đồng bộ và bộ điều
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
powerlib và nhấp đôi demo tên "Three-Phase Machines and Load Flow." Một hệ
thống tên power_machines mở ra.
Hình 2-7: Hệ thống công suất hình 2-6 xây dựng với SimPowerSystems
Khối Synchronous Machine (SM) dùng các thông số tiêu chuẩn, nhưng ngược
lại khối Asynchronous Machine (ASM) dùng thông số SI.
Các thành phần 3 pha khác điện áp nguồn cảm, máy biến áp nối Y0/, và tải là
khối tiêu chuẩn từ thư viện Electrical Source và Elements của powerlib. Nếu bạn
mở hộp hội thoại Three-Phase Fault và khối Three-Phase Breaker, bạn thấy thời
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 trị đầu độ lệch tốc độ (thường 0%), góc lệch rôto,
biên độ và pha dòng điện trong cuộn dây stator, điện áp đầu yêu cầu để có
điện áp đầu cuối mong muốn xác định từ trào lưu công suất.
Khối ASM: Giá trị đầu độ trượt, góc lệch rôto, biên độ và pha dòng
điện trong cuộn dây stator.
Mở hộp hội thoại các khối Synchronous Machine và Asynchronous Machine.
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 máy điện phải phù hợp hơn điều kiện đầu. Đây là điều hết sức khó khăn
thực hiện ngay cả với hệ thống đơn giản. Trong phần tiếp theo bạn học cách sử
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.
Nhấp đôi chuột vào khối Powergui. Trong menu Tools, nhấp nút Load Flow
and Machine Initialization. Một cửa sổ mới xuất hiện. Góc trên bên phải cửa sổ
bạn có danh sách các máy điện xuất hiện trong hệ thống. Chọn máy điện có công
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
bạn không có điện áp nguồn trong hệ thống, bạn phải biểu thị nó là động cơ như
động cơ dao động. Trong phần tiếp theo, bạn thực hiện trào lưu công suất với áp
nguồn 25 kV nối ở nút B1, nó được xem như nút dao động.
Trào lưu công suất không máy dao động
Trong cửa sổ trào lưu công suất, kiểu nút SM của bạn nên khởi tạo như máy
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
ở điện áp danh định của máy điện (2400 Vrms). Giữ không thay đổi và đặt công
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 máy điện ASM
2250 HP phía trên bên phải cửa sổ. Chỉ cần tham số duy nhất là công suất cơ của
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 đầu 2400 Vrms
Công suất tác dụng 0 kW
ASM
Công suất cơ 2000*746 W (2000 HP)
Nhấp nút Update Load Flow. Đầu tiên giải trào lưu công suất, cập nhật điện áp
dây 3 pha và dòng như hình vẽ sau. Hiển thị các giá trị cả trong đơn vị SI (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
P 0 W
Q 856 kvar hoặc 856/3125 = 0.2739 p.u.
Pmec 844.2 W or 0.00027 p.u., thể hiện tổn hao ben
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.
P 1.515 MW (0.9024 p.u.)
Q 615 kvar (0.3662 p.u.)
Pmec 1.492 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
biên độ điện áp pha A đi qua sự cố máy cắt (tên Uc_3-Phase Fault/Breaker1) là
14.42 kV RMS, tương ứng 24.98 kV RMS pha-pha.
Để bắt đầu mô phỏng trạng thái ổn định, các khối trạng thái Governor & Diesel
Engine và Excitation cũng nên khởi tạo từ các giá trị tính toán trào lưu công suất.
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 thích đạt đến giới hạn 6 p.u. Sau khi xóa 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 giây điện 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
cắt lên 0.3 s, lưu ý rằng hệ thống sẽ bị sụp đổ. Tốc độ ASM giảm nhanh xuống 0
sau 2 giây.
Trào lưu công suất một máy dao động
Trong phần này bạn tạo trào lưu công suất với 2 máy đồng bộ kiểu: một máy
phát PV và một máy phát dao động. Trong cửa sổ power_machines, xóa nguồn
cảm và thay bằng khối Simplified Synchronous Machine đơn vị p.u. từ thư viện
Machines. Đổi tên máy SSM 1000MVA. Thêm 2 khối hằng 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
hệ thống này vào thư mục đang làm việc tên power_machines2.mdl. Mở hộp hội
thoại SSM 1000 MVA và nhập các thông số như sau:
Connection type 3-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
công suất cơ yêu cầu (Pmec) và điện áp đầu cuối (E). Cập nhật 2 hằng số này tự
động tùy thuộc giải trào lưu công suất.
Khi không có nguồn áp ảnh hưởng mạnh đến góc điện áp quy chiếu, bạn phải
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
công suất cần thiết để cân bằng công suất tác dụng do máy phát khác phát ra và
công suất tải cũng như tổn hao trên các thiết bị.
Mở Powergui. Trong menu Tools, chọn Load Flow and Machine Initialization.
Thay SSM Bus Type thành Swing Generator. Xác định trào lưu công suất bằng
cách nhập các thông số sau cho máy SM và ASM:
SM 1000 MVA:
Điện áp đầu cuối (Terminal voltage) UAB 2400 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 voltage 24984 Vrms (áp này có ở nút B1 từ giải trào lưu trước)
Phase of UAN voltage 00
Active power guess 7.5e6 W (công suất ước lượng = 6 MW (tải trở) + 1.5
MW tải động cơ)
Simpower-system
Page 50 of 545
Nhấp nút Update Load Flow. Đầu tiên hiển thị giải trào lưu công suất. Dùng
thanh cuốn bên trái cửa sổ để tìm phép giải cho từng máy.
Hiển thị công suất tác dụng và phản kháng, công suất cơ, và điện áp bên trong
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
Cũng hiển thị công suất tác dụng và phản kháng do động cơ hấp thụ, 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. Công suất tác dụng nút dao động là 7.54 MW (6.0 MW tải trở + 1.51 MW tải
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
Đến lúc này, bạn đã mô phỏng hệ thống điện tương đối đơn giản bao gồm số
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
vài chục giây, nghĩa là thời gian mô phỏng có thể vài phút và hằng giờ. Bởi vậy
không dùng phương pháp giải liên tục hoặc gián 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).
Để nghiên cứu ổn định chúng ta không quan tâm đến kết quả các chế độ dao
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 Hz hoặc 60 Hz,
không giao tiếp với các chế độ máy chậm và hằng số thời gian bộ điều chỉnh. 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 hàm
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
hình không gian trạng thái rút gọn bao gồm các trạng thái chậm của máy điện,
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 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).
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 trong menu Frequency. Đóng Powergui và xuất hiện Phasors trên biểu 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
suất và các thủ tục khởi tạo máy điện đã giải thích ở phần trước (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.
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
Minh họa phương pháp giải phasor mạng điện phức tạp hơn có trong thư viện
Demo. Dạng các demo này là
Ổn định quá trình quá độ 2 máy với ổn định hệ thống (PSS) và bù tĩnh
(SVC)
Thực hiện ổn định hệ thống 3 pha cho những vùng dao động giao
nhau
Demo đầu tiên minh họa tác động của PSS và dùng SVC để ổn định 2 máy.
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
SimPowerSystems cung cấp rộng rãi các mô hình phi tuyến. Nó có thể xảy ra,
tuy nhiên bạn cần giao diện mô hình phi tuyến của bạn với các mô hình tiêu chuẩn
trong thư viện powerlib. Mô hình này có thể là điện trở phi tuyến đơn giản mô
phỏng arc hoặc varistor, điện cảm có thể bảo hòa, kiểu động cơ mới, …
Trong phần sau bạn học cách xây dựng mô hình phi tuyến. Điện cảm bảo hòa
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
giảm xuống Lsat = 0.5 H. Vẽ đặc tính dòng-từ thông trên hình vẽ tiếp theo. Từ
thông và dòng trong đơn vị tương đối. Chọn điện áp định mức và dòng định mức
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
Hình 2-10 vẽ mạch dùng điện cảm phi tuyến 2 H. Nối điện cảm phi tuyến nối
tiếp với 2 nguồn áp (một khối nguồn áp AC 120 volts RMS, 60 Hz, và một khối
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
khối Voltage Measurement để đọc điện áp đầu cuối điện cảm và khối Controlled
Current Source. Hướng mũi tên nguồn dòng là phương từ đầu vào đến đầu ra tùy
thuộc mô hình như trên.
2 khối Simulink là khối Integrator tính toán từ thông từ đầu ra điện áp và khối
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
Sử dụng 2 khối Fourier trong thư viện Measurements của powerlib_extras để
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
thực hiện mối quan hệ i =f( ), xác định rõ các vector sau trong khối Look-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 đỉnh 120*sqrt
(2)
Pha 90 0
Tần số 60 Hz
Nguồn DC
Biên độ 0 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
phi tuyến đặc tính từ thông-dòng ( > 0.450 V.s). Như kết quả bão hòa từ thông,
dòng có sóng hài. Phóng to 3 chu kì cuối mô phỏng. Giá trị đỉnh dòng bây giờ đạt
0.70 A và thành phần cơ bản tăng đến 0.368 A. Như mong muốn, thành phần DC
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
Đặc tính bảo hòa (Saturation characteristic) [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.
Trước khi bạn sử dụng khối mặt nạ, bạn phải cung cấp định nghĩa 2 biến bên
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
Đóng hệ thống con và bắt đầu mô phỏng. Bạn nhận cùng dạng sóng như trong
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)
Hình sau là một ứng dụng điện trở phi tuyến để mô phỏng MOV dùng bảo vệ
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
Sử dụng các khối của thư viện powerlib và Simulink để xây dựng mạch này.
Nhóm tất cả các thành phần để mô hình hệ phi tuyến trong hệ thống con tên là
Nonlinear Resistance. Dùng khối X-Y Graph vẽ đặc tính V-I hệ thống con
Nonlinear Resistance.
Mô hình không dùng khối Look-Up Table như trong trường hợp mô hình điện
cảm phi tuyến. Biểu thức phân tích dòng như hàm điện áp, thực hiện đặc tính phi
tuyến I(V) trực tiếp với khối Math Function từ thư việc Math Operations của
Simulink.
Mô hình mạch toàn trở này không có trạng thái nào. Nó sinh ra vòng điện trở
trong sự thể hiện không gian trạng thái mạch, như trong hình sau. Xem
SimPowerSystems Block Reference để có chi tiết hơn SimPowerSystems làm việc
như thế nào.
Giới thiệu vòng đại số bằng mô hình điện trở phi tuyến
Simpower-system
Page 60 of 545
Mặc dù Simulink có thể giải vòng đại số, chúng thường làm cho thời gian mô
phỏng lâu. Bạn nên ngắt vòng với 1 khối mà không thay đổi đặc tính phi tuyến.
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
áp bảo vệ Vo đặt bằng 2 p.u. điện áp định mức hệ thống. Điều chỉnh áp nguồn
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,
trong menu File chọn New Library. Một cửa sổ Simulink mới tên Library:
untitled mở ra. Bây giờ copy khối Nonlinear Inductance hệ thống circuit7 và khối
Nonlinear Resistance hệ thống circuit8 vào thư viện. Lưu thư viện này là
Simpower-system
Page 62 of 545
my_powerlib. Lần tiếp theo bạn phát triển mô hình mới, 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
quy chiếu đến thư viện. Nói cách khác, nếu bạn tạo chính xác trong khối thư viện
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
phi tuyến khi mô phỏng nguồn dòng. Rõ ràng, nguồn dòng không thể nối tiếp với
điện cảm, một nguồn dòng khác, hoặc mạch hở. Như mạch tôpô là cấm trong
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, bạn muốn nghiên cứu dòng đi vào điện cảm phi tuyến khi làm 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 Rs inf (no snubber)
Snubber capacitance Cs 0
External control Not 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: khối Breaker và khối Nonlinear Inductance. Để có thể mô phỏng mạch này,
bạn phải cung cấp đường dòng quanh một trong 2 khối phi tuyến. Bạn có thể nối
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.
Lưu ý Dùng điện kháng nguồn điện cảm (nối tiếp R-L) thay vì một trở
kháng điện trở thuần túy sẽ sinh ra thông báo lỗi khác, vì mô hình nguồn
dòng điện cảm phi tuyến có thể nối tiếp với 1 điện cảm, thậm chí cả bộ đệm
điện trở nối qua máy cắt. Trong mỗi trường hợp, bạn có thể thêm cả điện
cảm song song thông qua nguồn điện cảm hoặc điện trở song song lớn nối
giữa 1 đầu máy cắt và đầu nối đất.
Chắc chắn góc pha nguồn áp là 0. Dùng thuật giải tích phân ode23tb và mô
phỏng mạch trong 1 giây. Dạng sóng điện áp và dòng như hình vẽ.
Simpower-system
Page 64 of 545
Dạng sóng dòng và từ thông khi làm việc điện cảm phi tuyến bù từ thông
cực đại
Hình trên thể hiện sự làm việc của điện cảm ở điểm không thông qua kết quả
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. Tùy thuộc mô hình mạch, bạn có thể chọn thuật giải tích phân liên tục
(continuous), gián đoạn (discrete) và phasor. Simulink và các sản phẩm liên quan
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.
How SimPowerSystems
Works
Khái quát SimPowerSystems thực hiện khi phân
tích và chạy mô hình của bạn
Choosing an Integration
Method
Thuận lợi và khó khăn của mô phỏng liên tục,
gián đoạn và phasor mô hình hệ thống công suất
Simpower-system
Page 65 of 545
Simulating with Continuous
Integration Algorithms
Cách thức để hợp nhất những mô hình thời gian
liên tục với SimPowerSystems
Simulating Discretized
Electrical Systems
Cách giải các mô hình công suất gián đoạn với
SimPowerSystems
Increasing Simulation Speed Các cách để tối ưu hóa tốc độ và hiệu quả mô
phỏng, gồm Simulink Accelerator và Real-Time
Workshopđ
The Nonlinear Model Library Sử dụng và thay đổi thư viện powerlib_models
để mô hình thành phần phi tuyến
Creating Your Own Library
of Models
Tạo những khối hệ thống công suất cho riêng
người sử dụng với khối Simulink đặc tính mặt nạ
Changing Your Circuit
Parameters
Thay đổi thông số khối SimPowerSystems trong
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 thái mạch
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
từ dòng lệnh để có mô hình không gian trạng thái phần tuyến tính của mạch. 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 (ma trận A, B, C, D) thành phần tuyến tính của mạch bằng lệnh
power_statespace. Tất cả sự tính toán và sự khởi tạo đều thực hiện ở giai
đoạn này.
3. Nếu bạn chọn gián đoạn mạch, tính toán mô hình không gian trạng
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
đầu ra (phasor áp và dòng) ở tần số xác định. Ma trận này định nghĩa các
phương trình đại số mạng.
Simpower-system
Page 66 of 545
5. Xây dựng mô hình Simulink mạch và lưu vào khối measurement.
Điều này có nghĩa là bạn cần ít nhất 1 khối measurement (khối Current
Measurement, khối Voltage Measurement, khối Three-Phase V-I
Measurement, hoặc khối Multimeter) trong mô hình. Thực hiện kết nối mạch
đẳng trị với các khối đo lường bằng liên kết vô hình dùng khối Goto và
From.
Hình 3-1: Giản đồ PowerSystems
Mô hình Simulink dùng khối State-Space hoặc khối S-Function để mô hình phần
tuyến tính. Sử dụng mô hình Simulink thiết lập ban đầu để mô phỏng các thành
phần phi tuyến. Các mô hình có thể tìm trong thư viện powerlib_models
SimPowerSystems tạo sẵn. Các khối Simulink Source sử dụng nối ở đầu vào khối
State-Space để mô phỏng khối nguồn.
Hình vẽ tiếp theo thể hiện kết nối giữa các phần mô hình Simulink hoàn chỉnh.
Nối mô hình phi tuyến hồi tiếp âm giữa các đầu ra áp và đầu vào dòng mô hình
tuyến tính.
Simpower-system
Page 67 of 545
Hình 3-2: Liên kết giữa mạch tuyến tính và mô hình phi tuyến
Mỗi lần power_analyze hoàn thành chu trình khởi tạo, Simulink bắt đầu mô
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.
Nếu bạn dừng mô phỏng và copy khối Powergui vào cửa sổ mạch, bạn có thể
truy cập các giá trị không gian trạng thái đầu vào, đầu ra và hiển thị các biến trạng
thái như phasor. Bạn cũng có thể dùng giao diện để thay đổi điều kiện đầu. 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
thái ổn định. Đặc tính này tránh quá độ lâu vì hằng số thời gian cơ khí của máy
điện. Khối Powergui cho phép bạn xác định dải tần mong muốn, làm trực quan
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
Một đặc tính quan trọng của SimPowerSystems là khả năng mô phỏng các hệ
thống điện ngay cả với các thuật giải liên hợp bước biến liên tục hoặc cố định. Sử
dụng hệ thống gián đoạn. Đối với các hệ thống nhỏ phương pháp liên tục thường
cho độ chính xác hơn. Thuật toán bước biến nhanh hơn vì số bước ít hơn so với
phương pháp bước cố định khi so sánh về độ chính xác. Khi sử dụng đường chuyển
mạch điện tử công suất, bước biến, các thuật giải nhạy cảm với sự kiện phát hiện
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.
"small size" và "large size" có ý nghĩa gì? Mặc dù phân biệt là không rõ ràng,
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, chuyển mạch từng chu kì, các thiết bị chỉ làm việc gấp đôi thời
gian trong giai đoạn kiểm tra.
Phương pháp giải Phasor
Nếu bạn chỉ quan tâm biên độ và pha của áp và dòng khi đóng hoặc mở khóa,
bạn không cần kết quả giải các phương trình khác (mô hình không gian trạng thái)
từ sự ảnh hưởng của R, 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
định quá trình quá độ hệ thống có nhiều máy phát và động cơ. Trong vấn đề này,
chúng ta quan tâm kết quả dao động điện cơ từ sự ảnh hưởng của quán tính và bộ
điều chỉnh. Sự dao động này sinh ra sự điều chế biên độ và pha điện áp cơ bản và
dòng ở tần số thấp (đặc biệt giữa 0.02 Hz và 2 Hz). Do vậy yêu cầu thời gian mô
phỏng kéo dài (several tens of seconds). Phương pháp giải liên tục (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
áp đầu cuối của máy điện). Phương pháp giải phasor dùng mô hình không gian
trạng thái rút gọn bao gồm các trạng thái chậm của máy điện, 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 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.
Solver ode23tb or ode15s
Relative tolerance 1e-3
Absolute tolerance auto
Maximum step siz auto
Initial step size auto
Simpower-system
Page 69 of 545
Maximum order (for ode15s) = 5
Thông thường, bạn có thể chọn dung sai tuyệt đối và kích thước bước cực đại.
Trong một số trường hợp bạn phải giới hạn kích thước bước cực đại và dung sai
tuyệt đối. Chọn dung sai quá nhỏ có thể làm mô phỏng chậm. Chọn dung sai tuyệt
đối phụ thuộc biên độ mong muốn cực đại các biến trạng thái (dòng cảm và áp
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 xét mô hình khóa toàn trở như 1 phần của mạch tuyến tính. Mô
hình không gian trạng thái mạch, bao gồm khóa đóng và mở, do vậy tính
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
Diode và khối Thyristor, với Ron > 0 và Lon = 0, và Universal Bridge với
các thiết bị chuyển mạch lực.
Nếu khóa có điện cảm nối tiếp (Diode và Thyristor có Lon > 0, IGBT,
MOSFET, hoặc GTO), mô phỏng khóa như nguồn dòng do điện áp điều
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.
Do vậy bạn có thể chọn mô phỏng diode và thyristor với hoặc không với điện
cảm Lon. Trong hầu hết các ứng dụng, không cần xác định điện cảm 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.
Cầu thyristor được cung cấp từ nguồn vô hạn (điện kháng 0) vì vậy chuyển mạch
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
Nếu bạn mô phỏng mạh này mà không có điện cảm trong thyristor (Lon = 0),
quan sát đỉnh dòng sau trong 3 đường. Điều này xảy ra vì trong suốt thời gian
chuyển mạch 2 thyristor nối với cùng đầu cuối dương hoặc âm của cầu là sự dẫn
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(30o) / (2*0.01) hoặc 245 lần dòng DC
bình thường là 30 A). Có thể tránh ngắn mạch bằng cách dùng Lon = 1 H trong
mô hình thyristor. Nếu bạn lặp lại mô phỏng, bạn có dạng sóng dòng hình vuông
với giá trị đỉnh là 30 A.
Nếu bạn phóng to đường dòng trong thời gian chuyển mạch, bạn khám phá ra
rằng sự chuyển mạch là không tức thời. Thời gian chuyển mạch tùy thuộc vào giá
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 H
Mô phỏng hệ thống gián đoạn
Bạn thực hiện gián đoạn bằng cách kéo khối Powergui vào hệ thống của bạn.
Xác định cụ thể thời gian mẫu trong hộp hội thoại. Gián đoạn hệ thống dùng
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
liên tục (continuous) và tìm thấy thời gian mẫu lớn nhất có thể chấp nhận được.
Simpower-system
Page 72 of 545
Thông thường thời gian mẫu là 20 s đến 50 s cho kết quả mô phỏng tốt nhất
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
khóa điện tử công suất chuyển mạch, bạn phải giảm bước thời gian. Các thiết bị
này, transitor lưỡng cực cổng cách ly (IGBT), transistor trường (FET), và thyristor
cổng ngắt (GTO) thường làm việc ở tần số đóng mở cao. Ví dụ, mô phỏng bộ
chuyển đổi điều biến độ rộng xung (pulse-width-modulated) (PWM) làm việc ở 8
kHz yêu cầu bước thời gian là 1 s hoặc thấp hơn.
Lưu ý rằng nếu bạn gián đoạn mạch, bạn có thể vẫn dùng hệ thống điều khiển
liên tục. Tuy nhiên, tăng tốc độ mô 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
Cho phép gián đoạn mạch có thiết bị điện tử công suất chuyển mạch (IGBT,
GTO, hoặc MOSFET) chỉ với khối Universal Bridge. Không cho phép gián đoạn
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
trễ một bước, và do 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 cầu Universal Bridge,
biết trước tương tác chuyển đổi. Ví dụ, trong bộ chuyển đổi 6 khóa IGBT/Diode
(xem hình 3-4), mở IGBT1 là nguyên nhân gây ra sự chuyển dẫn tức thời D2 trong
cùng phía. Khi định trước mạch tôpô, nó có thể mở diode trong cùng bước khi
IGBT mở. Bạn nên sử dụng phương pháp liên tục nếu bạn thích sử dụng các khối
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
cầu tải lớn. Tải trở cực tiểu là cân đối với thời gian mẫu. Theo kinh nghiệm với
bước thời gian là 25 s trong hệ thống 60 Hz, tải cực tiểu xấp xỉ 2.5% công suất
định mức máy điện. Ví dụ, một máy điện đồng bộ 200 MVA trong hệ thống công
suất gián đoạn có thời gian mẫu là 50 s yêu cầu tải trở xấp xỉ 5% hoặc 10 MW.
Nếu giảm thời gian mẫu xuống 20 s, tải trở 4 MW là hiệu quả nhất.
Lon = 0 dùng cho Diode và Thyristor trong mạch gián đoạn
Diode và thyristor dùng trong mạch gián đoạn phải có điện cảm trong bằng
không. Nếu bạn gián đoạn một mạch có diode hoặc thyristor có Lon > 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
lần từ điểm làm việc đặc biệt, bạn có thể lưu thời gian bằng cách xác định
một vectơ trạng thái đầu trong hộp hội thoại Simulation --> 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
độ phức tạp 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
Giải thích chế độ Simulink Accelerator trong hướng dẫn sử dụng Simulink. Bộ
tăng tốc Simulink tăng tốc độ thực hiện các mô hình Simulink bằng cách thay 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
khoảng chia. Mặc dù Simulink Accelerator dùng kỹ thuật RTW, 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.
Để thực hiện Simulink Accelerator, chọn Accelerator thay vì Normal trong
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
thể hiện trong 2 ví dụ sau: điều khiển DC dùng thay đổi nhanh và bộ chuyển đổi
AC-DC 3 pha, 3 mức bộ chuyển đổi áp nguồn. 2 version mô hình điều khiển DC có
trong thư viện Demos: version liên tục, 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 phỏng DC drive
(Stop time = 1 s)
AC-DC converter
(Stop time = 0.15 s)
Continuous: ode23tb
default parameters
175 --
Discrete 23 (Ts = 10 µs) 25 (Ts = 5 µs)
Discrete + Accelerator 10 (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 số 7.6
cho điều khiển DC. Dùng chế độ Accelerator, một hệ số bổ sung 2.3 thu được nhiều
lợi ích khi thực hiện. Với các mô hình bộ chuyển đổi điện tử công suất phức tạp,
Accelerator cung cấp độ lợi thực hiện lên tới hệ số 10.
Để có đầy đủ thuận lợi nâng cao sự làm việc có thể bằng việc chuyển đổi mô
hình thành mã, bạn phải dùng Real-Time Workshop để phát mã C đứng 1 mình
(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.
Thư viện mô hình phi tuyến (The Nonlinear Model
Library)
Simpower-system
Page 75 of 545
Xây dựng mô hình để sử dụng tập hợp mô hình Simulink mạch 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 cấp đầu ra dòng vào mô hình không gian trạng thái. Đối với các mô
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
Ví dụ, lưu mô hình máy điện 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 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
tượng máy điện. Bạn có thể có chi tiết mô hình đầu vào và đầu ra từ tài liệu
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
trạng thái khóa (mở hoặc đóng). Trạng thái khóa thông qua hàm S-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 Phasors có các phiên bản phasor một vài mô hình liên tục trình bày ở
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.
Các thiết bị này là diode và thyristor có Lon > 0, và 3 thiết bị chuyển mạch:
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)
Vì mô phỏng các mô hình phi tuyến như các nguồn dòng, chúng không thể nối
nối tiếp với điện cảm và các đầu cuối không thể để mở.
Nếu bạn nối qua nguồn cảm, power_analyze nhắc bạn câu nhắn lỗi. Bạn có thể
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
Một mạch đệm RC nối tiếp bao gồm mô hình khối Breaker và các khối 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
Để sử dụng thư viện powerlib_models của bạn, đầu tiên bạn phải copy file
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
này ở đường dẫn tìm kiếm trong MATLAB trước khi the standard blockset
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 thống đơn giản (Modeling Simple Systems) giải thích cách xây
dựng mô hình phi tuyến dùng khối Voltage Measurement và khối Controlled
Current Source. Các ví dụ đưa ra (một điện cảm phi tuyến và một điện trở phi
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
cả nguồn áp điều khiển. Liên quan đến xây dựng hướng dẫn và tùy biến các mô
hình phi tuyến.
Thay đổi thông số mạch
Mỗi lần bạn thay đổi thông số các khối thư viện powerlib, bạn phải khởi động
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.
Như các khối Simulink, tất cả các thông số khối thư viện powerlib là phải xác
định trong hộp hội thoại có thể chứa các biểu thức MATLAB dùng kí hiệu tên biến
(symbolic). Trước khi chạy mô phỏng, bạn phải ấn định giá trị của mỗi biến trong
không gian làm việc của MATLAB. Điều này cho phép bạn thực hiện nghiên cứu
ma trận tham số bằng cách thay đổi giá trị thông số trong script MATLAB.
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
Giá trị điện cảm của một trong những khối chứa biến L1, nên định nghĩa trong
không gian làm việc. L1 thay đổi trong 10 bước từ 10 mH đến 100 mH và giá trị
kiểm tra lưu trong một vectơ, L1_vec. Dạng sóng điện áp để phân tích lưu trong
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
Chương này giới thiệu thư viện Electric Drives của SimPowerSystems. Đây là
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.
About the Electric Drives
Library
Trình bày thư viện Electric Drives: nội dung và
thuận lợi cho người sử dụng.
Getting Started Thông tin cơ bản điều khiển điện, bao gồm cách
trình bày và đặc tính thư viện đồ thị giao diện người
dùng (GUI).
Simulating a DC Motor
Drive
Ví dụ từng bước cách mô phỏng mô hình điều
khiển DC.
Simpower-system
Page 79 of 545
Simulating an AC Motor
Drive
Ví dụ từng bước cách mô phỏng mô hình điều
khiển AC.
Mechanical Models Trình bày khối cơ khí và khối bộ giảm tốc.
Mechanical Coupling of
Two Motor Drives
Nghiên cứu ghép nối cơ khí bằng khối AC4 (DTC
three-phase induction motor-based drive) và DC2
(single-phase dual-converter DC motor drive).
Winding Machine Nghiên cứu máy dây quấn bằng khối DC3 (two-
quadrant three-phase rectifier DC motor drive).
Robot Axis Control Using
Brushless DC Motor Drive
Nghiên cứu 6 robot degrees-of-freedom điều
khiển bằng khối AC6 (điều khiển động cơ DC không
chổi than).
Building Your Own Drive Nghiên cứu cách xây dựng mô hình điều khiển
động cơ tùy thuộc yêu cầu cụ thể.
About the Electric Drives Library
Thiết kế thư viện Electric Drives cho các kỹ sư muốn liên kết dễ dàng và điều
khiển chính xác mô phỏng hệ thống. Một giao diện đặc biệt thể hiện các thông số
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
động qua lại điều khiển điện với hệ thống. Thư viện là rất hữu ích khi điều khiển
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 với thư 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.
Giá trị thêm vào thư viện là các thông số đảm bảo tính hợp lệ của động cơ, 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
liệu do nhà sản xuất cung cấp. Thư viện cung cấp nhiều ví dụ, demo hoặc các
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.
Để truy cập thư viện Electric Drives, mở thư viện chính SimPowerSystems,
powerlib, rồi nhấp đôi biểu tượng Applications Libraries. Một cửa sổ mới chứa
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
Để làm chủ thư viện Electric Drives, bạn phải có 1 vài hiểu biết về điều khiển
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?
Điều khiển điện là hệ thống thực hiện chuyển đổi năng lượng điện thành năng
lượng cơ ở những tốc độ có thể điều chỉnh. Đây là lý do tại sao điều khiển điện
cũng có thể gọi là điều chỉnh tốc độ (ASD). Hơn nữa điều khiển điện chúng ta sẽ
xét sau, luôn có điều chỉnh dòng (hoặc mômen) để cung cấp dòng điều khiển an
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
Hình vẽ sau đưa ra tôpô cơ bản điều khiển điện. Bên cạnh 3 thành phần chính,
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
Động cơ dùng trong điều khiển là cả động cơ 1 chiều (DC) hoặc xoay chiều
(AC). Phân loại động cơ dùng để điều khiển là động cơ một chiều 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. Rồi những bước phát triển điện tử công suất kết hợp với những điều khiển
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 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
khiển động cơ DC dựa vào bộ chỉnh lưu điều khiển pha (bộ chuyển đổi AC-DC)
hoặc bộ chuyển đổi nhanh (bộ chuyển đổi DC-DC), trong khi điều khiển động cơ
AC dùng bộ chuyển đổi (bộ chuyển đổi DC-AC) hoặc bộ chuyển đổi cyclo (bộ
chuyển đổi AC-AC). Thành phần cơ bản của tất cả các bộ chuyển đổi điện tử công
suất là các khóa điện tử công suất, mà là cả bán điều khiển (điều khiển trạng thái
đóng), như trong trường hợp thyristor, hoặc điều khiển hoàn toàn (điều khiển trạng
thái đóng và mở), như là trong trường hợp khối IGBT (transistor lưỡng cực cổng
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
hoàn thiện điều này bộ điều khiển đầu tiên dựa vào bộ điều chỉnh dòng (hoặc
mômen). Bộ điều chỉnh dòng là bắt buộc vì như đã đề cập ở trước, nó bảo vệ động
cơ bằng sự điều chỉnh gần chính xác dòng động cơ. Điểm tập hợp (SP) bộ điều
chỉnh này có thể cung cấp ngoài nếu điều khiển là điều chỉnh mômen, hoặc trong
bằng bộ điều chỉnh tốc độ nếu điều khiển là điều chỉnh tốc độ. Trong thư viện
SimPowerSystems Electric Drives, bộ điều chỉnh tốc độ nối tiếp với bộ điều chỉnh
dòng và dựa vào bộ điều khiển PI có 3 đặc tính quan trọng. Đầu tiên, tốc độ biến
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
hạn bởi cận trên và cận dưới. Cuối cùng, cũng giới hạn các phần nguyên để tránh
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
Với mỗi ứng dụng điều khiển điện, điều khiển tải cơ khí có yêu cầu giá trị đặt
đặc biệt. Mômen/ tốc độ điều khiển điện có thể thể hiện như tốc độ ngược lại đồ thị
mômen 4 góc phần tư. Trong góc phần tư thứ nhất, mômen điện và tốc độ có dấu
dương (+), thể hiện hướng mômen điện là hướng chuyển động. Trong góc 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. Trong góc phần tư thứ
Simpower-system
Page 83 of 545
tư, dấu mômen điện là dương và tốc độ là âm, thể hiện hãm ngược. Điều khiển
truyền động hãm bằng bộ đệm hãm (hãm động) hoặc bằng trào lưu công suất 2
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 mức b và miền mà mômen giảm theo
đường cong với tốc độ từ b đến tốc độ cực đại 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
Các mô hình điều khiển cung cấp trong thư viện là tương đối phức tạp và có
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
họa hướng dẫn Self-Controlled Synchronous Motor Drive tab Controller làm
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
trị số thông số, các biểu thức MATLAB hợp lệ, và biến MATLAB. Một sự khác
biệt giữa GUI và mặt nạ Simulink là bạn chỉ có thể nhập 1 giá trị vào trong mỗi
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 (ví dụ 1.2.3 hoặc --2) mô hình điều khiển trong
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
file hoàn chỉnh các thông số nếu GUI. Định dạng file là định dạng tiêu chuẩn nhị
Simpower-system
Page 85 of 545
phân MATLAB (.MAT). Nút Load cho phép bạn khôi phục phần thông số lưu
trước đó đối với kiểu điều khiển đã cho (vi dụ: AC1, DC2, v..v..). Khi bạn tải tập
hợp các thông số, kiểu thông số điều khiển đã lưu được so sánh với kiểu mô hình
điều khiển bạn đang tải thông số vào, để đảm bảo là bạn đang tải những thông số
phù hợp với mô hình.
Khi bạn dùng nút Load, hộp hội thoại xuất hiện sẽ chỉ vào thư mục cài đặt
MATLAB có chứa tiêu chuẩn cài đặt thông số cung cấp cho tất cả các điều khiển
trong thư viện.
Tuy nhiên, khi bạn dùng nút Save, hộp hội thoại xuất hiện sẽ chỉ vào thư mục
làm việc hiện hành trong không gian làm việc của MATLAB.
Hiển thị sơ đồ bộ điều khiển
Thêm vào nút Schematic ở góc cao bên phải tab bộ điều khiển trong 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
Một lưu ý quan trọng là nếu bạn muốn vô hiệu hóa mối liên kết giữa một mô
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
là mở hệ thống con, như trong trường hợp hệ thống con Simulink không mặt nạ.
Bạn có thể nhập thông số trong mặt nạ riêng hệ thống con được soạn thảo từ mô
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
Trong phần này bạn học cách sử dụng mô hình điều khiển DC của thư viện
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 than DC trong thư
viện Electric Drives. Như trong bất kì động cơ điện nào, động cơ chổi than DC có 2
phần chính, phần stator (tĩnh) và phần rotor (có thể chuyển động). Động cơ chổi
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
hằng số điện áp nguồn DC trong khi cuộn dây phần ứng được cung cấp từ nguồn
DC thay đổi. Nguồn mới sinh ra từ bộ chuyển đổi thyristor điều khiển 3 pha cho mô
hình DC1 đến DC4 và bằng bộ đệm transistor cho mô hình DC5, DC6, và DC7.
Cung cấp bộ chuyển đổi thyristor bằng nguồn 1 pha AC trong trường hợp DC1 và
DC2 và bằng nguồn 3 pha AC trong trường hợp DC3 và DC4. Cuối cùng, 7 mô
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 hình Loại chuyển đổi Góc phần tư làm việc
DC1 Bộ chuyển đổi 1 pha thyristor I-II
DC2 Bộ chuyển đổi 1 pha thyristor I-II-III-IV
DC3 Bộ chuyển đổi 3 pha thyristor I-II
DC4 Bộ chuyển đổi 3 pha thyristor I-II-III-IV
DC5 Bộ đệm I
DC6 Bộ đệm I-II
DC7 Bộ đệm I-II-III-IV
Hãm tái sinh
Làm việc ở phần tư thứ II và IV tương ứng hãm thuận và ngược. Với mô hình
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.
Thu về trào lưu công suất 2 chiều này bằng cách chuyển đổi kết nối động cơ khi
dòng trở nên vô hiệu (DC1 và DC3) hoặc bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi thứ 2
(DC2 và DC4). Cả 2 phương pháp cho phép chuyển đổi dòng động cơ để tạo
mômen điện ngược hướng chuyển động. Mô hình điều khiển DC bộ đệm (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 cơ DC 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. Mở thư viện SimPowerSystems Electric Drives. Bạn có thể mở thư
viện bằng cách đánh electricdrivelib trong cửa sổ lệnh MATLAB hoặc dùng
menu Simulink. Vị trí mô hình DC3 trong thư viện DC Drives. Copy khối
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. Mở thư viện Electrical Sources và copy khối 3-Phase Source vào
mạch. Nối đầu ra nguồn áp A, B, và C với đầu vào A, B, và C DC3 tương
ứng.
Simpower-system
Page 89 of 545
2. Mở thư viện Connectors và copy khối Ground (output) vào
DC_example. Nối đầu ra Ground với điểm trung tính N nguồn 3 pha (3-
Phase Source).
3. Trong ví dụ này, bạn đang điều khiển động cơ 200 hp DC điện áp
phần ứng định mức 500 V. Điện áp đầu ra trung bình cầu chỉnh lưu 3
pha thyristor cho là
4. Với Vl, rms là giá trị áp pha-pha rms của nguồn áp 3 pha và là giá trị
góc mở thyristor. Để điều khiển điện áp tốt hơn, thông thường áp dụng giới
hạn góc mở thấp hơn, và điện áp đầu ra trung bình cực đại có sẵn từ cầu
chỉnh lưu cho bởi
5. với min là giới hạn góc mở thấp nhất. Trong trường hợp của chúng ta,
giới hạn góc mở thấp dùng trong mô hình DC3 là 200. Với mỗi giá trị góc
mở và để có giá trị điện áp đầu ra cực đại là 500 V để điều khiển động cơ
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. Lưu ý rằng biên độ nguồn áp và các giá trị tần số cần cho mỗi mô
hình điều khiển của thư viện Electric Drives library có thể tìm trong chú ý
tham khảo. Các giá trị định mức động cơ tương ứng cũng có. Bảng 4-1 có
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 độ 460 V
Tần số
Giá trị định mức động cơ
Công suất 200 hp
Tốc độ 1750 rpm
Điện áp 500 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
mạch Psc và tỉ số X/R (với X = L., là tần số góc nguồn áp). Theo kinh
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 V và tần số nguồn là
60 Hz. Nếu chúng ta giả thiết công suất ngắn mạch là 25 lần công suất điều
chỉnh định mức, chúng ta tìm được điện kháng nguồn là 0.056 . Với tỉ số
X/R là 10, dùng phương trình 4-1 và 4-2, chúng ta tìm giá trị điện trở là
0.0056 và điện cảm là 0.15 mH.
4. Đặt giá trị điện trở nguồn AC là 0.0056 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
và mômen tải. Nhiều mômen tải cân bằng với tốc độ điều khiển tải thể hiện bằng
phương trình
(4-3)
Với m là tốc độ rad/s và N là tốc độ vòng trên phút (rpm). Bây giờ bạn sẽ xây
dựng tải.
Để tính toán loại mômen tải cơ này, cần tốc độ động cơ DC. Tốc độ có thể có
bằng cách sử dụng các đầu ra mô hình DC3. 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, và vectơ Ctrl có tất cả giá trị điều chỉnh quan trọng, như tín hiệu tốc độ hoặc
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.
Với mômen 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 Nm, n là 1750 rpm. Từ đó công suất cơ đầu ra Pm, n của động cơ
là 200 hp, mômen tải cơ định mức Nmec, n có thể tính theo phương trình 4-4
(bỏ qua ma sát nhớt)
(4-
4)
Simpower-system
Page 92 of 545
1. với 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. Nối đầu vào và đầu ra khối mômen tải tuyến tính với vectơ đầu ra
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
thuộc vào chế độ điều chỉnh (điều chỉnh tốc độ hoặc mômen). Trong ví dụ này,
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. Mở thư viện Simulink Sources và copy khối Constant vào
DC_example.
2. Nối khối Constant để đặt điểm đầu ra mô hình DC3 và tên là Speed
reference.
3. Đặt điểm đặt là 1750 rpm.
Visualizing Internal Signals
Bây giờ bạn phải sử dụng mô hình đầu ra DC3 để làm trực quan tín hiệu quan
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 tham khảo
tương ứng. Để xem các tín hiệu nối với đầu ra DC3, chọn mô hình DC3 và menu
Edit/Look Under Mask.
Simpower-system
Page 93 of 545
Như bạn thấy bên dưới, góc mở có ở vectơ đầu ra Ctrl. Góc mở (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 tín hiệu cần thiết: áp phần ứng và tín hiệu dòng là
phần tử đầu tiên và thứ 3, tương ứng (Hình 4-2). Tốc độ là phần tử thứ 2 của vectơ
Motor.
Cuối cùng, tín hiệu dòng và tốc độ quy chiếu là phần tử thứ nhất và thứ tư của
vectơ Ctrl, tương ứng (xem hình sau). Lưu ý rằng tín hiệu Ref. khối Regulation
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
có thể chọn các tín hiệu bộ chuyển đổi bạn muốn ở đầu ra. Xem tham khảo 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:
1. Xây dựng hệ thống con sau để lấy tất cả các tín hiệu trực quan cần
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
ra khối Signal Selector. Mở hộp hội thoại Scope Parameters. Trên tab
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 khiển DC, AC,
và mô hình cơ khí có thể tìm trong phần Remarks của các trang tham khảo khối
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. Mở hộp hội thoại Simulation/Configuration Parameters. Chọn tùy
chọn giải bước cố định, gián đoạn (không có trạng thái liên tục). Đặt thời
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
thông số sử dụng giao diện đồ họa người sử dụng. Tên mỗi file là theo tên
mô hình bằng giá trị công suất. Version 200 hp DC3 bởi vậy tên là
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)
Tất cả quán tính mặc định thư viện điều khiển là quán tính "không tải" chỉ thể
hiện quán tính rotor. Khi ghép động cơ với tải, trường quán tính tab DC Machine
thể hiện kết hợp quán tính giữa rotor và tải. Trong ví dụ này, quán tính không tải
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. Trong phần DC Machine hộp hội thoại, thay đổi giá trị quán tính
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
Tốc độ và các bộ điều khiển hiện hành khối DC3 bao gồm bộ điều chỉnh cân
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
nhanh về cấu trúc bên trong bộ điều khiển, sơ đồ là có sẵn bên trong giao diện
người sử dụng của mỗi mô hình. Hãy mở sơ đồ liên quan với mô hình DC3:
1. Mở giao diện người sử dụng. Nhấp Controller và đến Schematic
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 thích đạt đến giới hạn 6 p.u. Sau khi xóa 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 giây điện 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
cắt lên 0.3 s, lưu ý rằng hệ thống sẽ bị sụp đổ. Tốc độ ASM giảm nhanh xuống 0
sau 2 giây.
Trào lưu công suất một máy dao động
Simpower-system
Page 99 of 545
Trong phần này bạn tạo trào lưu công suất với 2 máy đồng bộ kiểu: một máy
phát PV và một máy phát dao động. Trong cửa sổ power_machines, xóa nguồn
cảm và thay bằng khối Simplified Synchronous Machine đơn vị p.u. từ thư viện
Machines. Đổi tên máy SSM 1000MVA. Thêm 2 khối hằng 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
hệ thống này vào thư mục đang làm việc tên power_machines2.mdl. Mở hộp hội
thoại SSM 1000 MVA và nhập các thông số như sau:
Connection type 3-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
công suất cơ yêu cầu (Pmec) và điện áp đầu cuối (E). Cập nhật 2 hằng số này tự
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 máy phát 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.
Thay SSM Bus Type thành Swing Generator. Xác định trào lưu công suất bằng
cách nhập các thông số sau cho máy SM và ASM:
SM 1000 MVA:
Điện áp đầu cuối (Terminal voltage) UAB 2400 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 voltage 24984 Vrms (áp này có ở nút B1 từ giải trào lưu trước)
Phase of UAN voltage 00
Simpower-system
Page 100 of 545
Active power guess 7.5e6 W (công suất ước lượng = 6 MW (tải trở) + 1.5
MW tải động cơ)
Nhấp nút Update Load Flow. Đầu tiên hiển thị giải trào lưu công suất. Dùng
thanh cuốn bên trái cửa sổ để tìm phép giải cho từng máy.
Hiển thị công suất tác dụng và phản kháng, công suất cơ, và điện áp bên trong
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.
Cũng hiển thị công suất tác dụng và phản kháng do động cơ hấp thụ, 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. Công suất tác dụng nút dao động là 7.54 MW (6.0 MW tải trở + 1.51 MW tải
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
Đến lúc này, bạn đã mô phỏng hệ thống điện tương đối đơn giản bao gồm số
máy 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
vài chục giây, nghĩa là thời gian mô phỏng có thể vài phút và hằng giờ. Bởi vậy
không dùng phương pháp giải liên tục hoặc gián 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).
Để nghiên cứu ổn định chúng ta không quan tâm đến kết quả các chế độ dao
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 Hz hoặc 60 Hz,
không giao tiếp với các chế độ máy chậm và hằng số thời gian bộ điều chỉnh. 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 hàm
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
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 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).
Bây giờ bạn dùng phương pháp giải phasor cho hệ thống 2 máy 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
Simpower-system
Page 102 of 545
sẵn trong menu Frequency. Đóng Powergui và xuất hiện Phasors trên biểu 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
suất và các thủ tục khởi tạo máy đã giải thích ở phần trước, trào lưu công suất và
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.
Quan sát mô phỏng bây giờ nhanh hơn nhiều. Các kết quả so sánh với các kết
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
Minh họa phương pháp giải phasor mạng điện phức tạp hơn có trong thư viện
Demo. Dạng các demo này là
Ổn định quá trình quá độ 2 máy với ổn định hệ thống (PSS) và bù tĩnh
(SVC)
Thực hiện ổn định hệ thống 3 pha cho những vùng dao động giao
nhau
Simpower-system
Page 104 of 545
Demo đầu tiên minh họa tác động của PSS và dùng SVC để ổn định 2 máy.
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
SimPowerSystems cung cấp rộng rãi các mô hình phi tuyến. Nó có thể xảy ra,
tuy nhiên bạn cần giao diện mô hình phi tuyến của bạn với các mô hình tiêu chuẩn
trong thư viện powerlib. Mô hình này có thể là điện trở phi tuyến đơn giản mô
phỏng arc hoặc varistor, điện cảm có thể bảo hòa, kiểu động cơ mới, …
Trong phần sau bạn học cách xây dựng mô hình phi tuyến. Điện cảm bảo hòa
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
giảm xuống Lsat = 0.5 H. Vẽ đặc tính dòng-từ thông trên hình vẽ tiếp theo. Từ
thông và dòng trong đơn vị tương đối. Chọn điện áp định mức và dòng định mức
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
Hình 2-10 vẽ mạch dùng điện cảm phi tuyến 2 H. Nối điện cảm phi tuyến nối
tiếp với 2 nguồn áp (một khối nguồn áp AC 120 volts RMS, 60 Hz, và một khối
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
khối Voltage Measurement để đọc điện áp đầu cuối điện cảm và khối Controlled
Current Source. Hướng mũi tên nguồn dòng là phương từ đầu vào đến đầu ra tùy
thuộc mô hình như trên.
2 khối Simulink là khối Integrator tính toán từ thông từ đầu ra điện áp và khối
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
Sử dụng 2 khối Fourier trong thư viện Measurements của powerlib_extras để
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
thực hiện mối quan hệ i =f( ), xác định rõ các vector sau trong khối Look-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 đỉnh 120*sqrt
(2)
Pha 90 0
Tần số 60 Hz
Nguồn DC
Biên độ 0 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
phi tuyến đặc tính từ thông-dòng ( > 0.450 V.s). Như kết quả bảo hòa từ thông,
dòng có sóng hài. Phóng to 3 chu kì cuối mô phỏng. Giá trị đỉnh dòng bây giờ đạt
0.70 A và thành phần cơ bản tăng đến 0.368 A. Như mong muốn, thành phần DC
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
Đặc tính bảo hòa (Saturation characteristic) [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.
Trước khi bạn sử dụng khối mặt nạ, bạn phải cung cấp định nghĩa 2 biến bên
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
Đóng hệ thống con và bắt đầu mô phỏng. Bạn nhận cùng dạng sóng như trong
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)
Hình sau là một ứng dụng điện trở phi tuyến để mô phỏng MOV dùng bảo vệ
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
Sử dụng các khối của thư viện powerlib và Simulink để xây dựng mạch này.
Nhóm tất cả các thành phần để mô hình hệ phi tuyến trong hệ thống con tên là
Nonlinear Resistance. Dùng khối X-Y Graph vẽ đặc tính V-I hệ thống con
Nonlinear Resistance.
Mô hình không dùng khối Look-Up Table như trong trường hợp mô hình điện
cảm phi tuyến. Biểu thức phân tích dòng như hàm điện áp, thực hiện đặc tính phi
tuyến I(V) trực tiếp với khối Math Function từ thư việc Math Operations của
Simulink.
Mô hình mạch toàn trở này không có trạng thái nào. Nó sinh ra vòng điện trở
trong sự thể hiện không gian trạng thái mạch, như trong hình sau. Xem
SimPowerSystems Block Reference để có chi tiết hơn SimPowerSystems làm việc
như thế nào.
Giới thiệu vòng đại số bằng mô hình điện trở phi tuyến
Simpower-system
Page 111 of 545
Mặc dù Simulink có thể giải vòng đại số, chúng thường làm cho thời gian mô
phỏng lâu. Bạn nên ngắt vòng với 1 khối mà không thay đổi đặc tính phi tuyến.
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
áp bảo vệ Vo đặt bằng 2 p.u. điện áp định mức hệ thống. Điều chỉnh áp nguồn
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
thư viện, trong menu File chọn New Library. Một cửa sổ Simulink mới tên
Library: untitled mở ra. Bây giờ copy khối Nonlinear Inductance hệ thống circuit7
và khối Nonlinear Resistance hệ thống circuit8 vào thư viện. Lưu thư viện này là
Simpower-system
Page 113 of 545
my_powerlib. Lần tiếp theo bạn phát triển mô hình mới, 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
quy chiếu đến thư viện. Nói cách khác, nếu bạn tạo chính xác trong khối thư viện
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 lỗi sai có thể xuất hiện đối với các khối
phi tuyến khi mô phỏng nguồn dòng. Rõ ràng, nguồn dòng không thể nối tiếp với
điện cảm, một nguồn dòng khác, hoặc mạch hở. Như mạch tôpô là cấm trong
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, bạn muốn nghiên cứu dòng đi vào điện cảm phi tuyến khi làm 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 Rs inf (no snubber)
Snubber capacitance Cs 0
External control Not 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: khối Breaker và khối Nonlinear Inductance. Để có thể mô phỏng mạch này,
bạn phải cung cấp đường dòng quanh một trong 2 khối phi tuyến. Bạn có thể nối
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.
Lưu ý Dùng điện kháng nguồn điện cảm (nối tiếp R-L) thay vì một trở
kháng điện trở thuần túy sẽ sinh ra thông báo lỗi khác, vì mô hình nguồn
dòng điện cảm phi tuyến có thể nối tiếp với 1 điện cảm, thậm chí cả bộ đệm
điện trở nối qua máy cắt. Trong mỗi trường hợp, bạn có thể thêm cả điện
cảm song song thông qua nguồn điện cảm hoặc điện trở song song lớn nối
giữa 1 đầu máy cắt và đầu nối đất.
Chắc chắn góc pha nguồn áp là 0. Dùng thuật giải tích phân ode23tb và mô
phỏng mạch trong 1 giây. Dạng sóng điện áp và dòng như hình vẽ.
Simpower-system
Page 115 of 545
Dạng sóng dòng và từ thông khi làm việc điện cảm phi tuyến bù từ thông
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
công suất. Tùy thuộc mô hình mạch, bạn có thể chọn thuật giải tích phân liên tục
(continuous), gián đoạn (discrete) và phasor. Simulink và các sản phẩm liên quan
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.
How SimPowerSystems
Works
Khái quát SimPowerSystems thực hiện khi phân
tích và chạy mô hình của bạn
Choosing an Integration
Method
Thuận lợi và khó khăn của mô phỏng liên tục,
gián đoạn và phasor mô hình hệ thống công suất
Simpower-system
Page 116 of 545
Simulating with Continuous
Integration Algorithms
Cách thức để hợp nhất những mô hình thời gian
liên tục với SimPowerSystems
Simulating Discretized
Electrical Systems
Cách giải các mô hình công suất gián đoạn với
SimPowerSystems
Increasing Simulation Speed Các cách để tối ưu hóa tốc độ và hiệu quả mô
phỏng, gồm Simulink Accelerator và Real-Time
Workshopđ
The Nonlinear Model Library Sử dụng và thay đổi thư viện powerlib_models
để mô hình thành phần phi tuyến
Creating Your Own Library
of Models
Tạo những khối hệ thống công suất cho riêng
người sử dụng với khối Simulink đặc tính mặt nạ
Changing Your Circuit
Parameters
Thay đổi thông số khối SimPowerSystems trong
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 thái mạch
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
từ dòng lệnh để có mô hình không gian trạng thái phần tuyến tính của mạch. 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 (ma trận A, B, C, D) thành phần tuyến tính của mạch bằng lệnh
power_statespace. Tất cả sự tính toán và sự khởi tạo đều thực hiện ở giai
đoạn này.
8. Nếu bạn chọn gián đoạn mạch, tính toán mô hình không gian trạng
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
đầu ra (phasor áp và dòng) ở tần ssố xác định. Ma trận này định nghĩa các
phương trình đại số mạng.
Simpower-system
Page 117 of 545
10. Xây dựng mô hình Simulink mạch và lưu vào khối measurement.
Điều này có nghĩa là bạn cần ít nhất 1 khối measurement (khối Current
Measurement, khối Voltage Measurement, khối Three-Phase V-I
Measurement, hoặc khối Multimeter) trong mô hình. Thực hiện kết nối mạch
đẳng trị với các khối đo lường bằng liên kết vô hình dùng khối Goto và
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
thành phần phi tuyến. Các mô hình có thể tìm trong thư viện powerlib_models
SimPowerSystems tạo sẵn. Các khối Simulink Source sử dụng nối ở đầu vào khối
State-Space để mô phỏng khối nguồn.
Hình vẽ tiếp theo thể hiện kết nối giữa các phần mô hình Simulink hoàn chỉnh.
Nối mô hình phi tuyến hồi tiếp âm giữa các đầu ra áp và đầu vào dòng mô hình
tuyến tính.
Simpower-system
Page 118 of 545
Hình 3-2: Liên kết giữa mạch tuyến tính và mô hình phi tuyến
Mỗi lần power_analyze hoàn thành chu trình khởi tạo, Simulink bắt đầu mô
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.
Nếu bạn dừng mô phỏng và copy khối Powergui vào cửa sổ mạch, bạn có thể
truy cập các giá trị không gian trạng thái đầu vào, đầu ra và hiển thị các biến trạng
thái như phasor. Bạn cũng có thể dùng giao diện để thay đổi điều kiện đầu. Giao
diện khối Powergui cho phép bạn thực hiện trào lưu công suất với các mạch có máy
3 pha và khởi tạo các mô hình máy, vì vậy mô phỏng bắt đầu trong trạng thái ổn
định. Đặc tính này tránh quá độ lâu vì hằng số thời gian cơ khí của máy. Khối
Powergui cho phép bạn xác định dải tần mong muốn, làm trực quan 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
Một đặc tính quan trọng của SimPowerSystems là khả năng mô phỏng các hệ
thống điện ngay cả với các thuật giải liên hợp bước biến liên tục hoặc cố định. Sử
dụng hệ thống gián đoạn. Đối với các hệ thống nhỏ phương pháp liên tục thường
cho độ chính xác hơn. Thuật toán biến bước nhanh hơn vì số bước ít hơn so với
phương pháp bước cố định khi so sánh về độ chính xác. Khi sử dụng đường chuyển
mạch điện tử công suất, bước biến, các thuật giải nhạy cảm với sự kiện phát hiện
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.
"small size" và "large size" có ý nghĩa gì? Mặc dù phân biệt là không rõ ràng,
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, chuyển mạch từng chu kì, các thiết bị chỉ làm việc gấp đôi thời
gian trong giai đoạn kiểm tra.
Phương pháp giải Phasor
Nếu bạn chỉ quan tâm biên độ và pha của áp và dòng khi đóng hoặc mở khóa,
bạn không cần kết quả giải các phương trình khác (mô hình không gian trạng thái)
từ sự ảnh hưởng của R, 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
định quá trình quá độ hệ thống có nhiều máy phát và động cơ. Trong vấn đề này,
chúng ta quan tâm kết quả dao động điện cơ từ sự ảnh hưởng của quán tính và bộ
điều chỉnh. Sự dao động này sinh ra sự điều chế biên độ và pha điện áp cơ bản và
dòng ở tần số thấp (đặc biệt giữa 0.02 Hz và 2 Hz). Do vậy yêu cầu thời gian mô
phỏng kéo dài (several tens of seconds). Phương pháp giải liên tục (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 bơm vào hệ thống) và các đầu ra (điện áp
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
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.
Solver ode23tb or ode15s
Relative tolerance 1e-3
Absolute tolerance auto
Maximum step siz auto
Initial step size auto
Maximum order (for ode15s) = 5
Simpower-system
Page 120 of 545
Thông thường, bạn có thể chọn dung sai tuyệt đối và kích thước bước cực đại.
Trong một số trường hợp bạn phải giới hạn kích thước bước cực đại và dung sai
tuyệt đối. Chọn dung sai quá nhỏ có thể làm mô phỏng chậm. Chọn dung sai tuyệt
đối phụ thuộc biên độ mong muốn cực đại các biến trạng thái (dòng cảm và áp
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 xét mô hình khóa toàn trở như 1 phần của mạch tuyến tính. Mô
hình không gian trạng thái mạch, bao gồm khóa đóng và mở, do vậy tính
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
Diode và khối Thyristor, với Ron > 0 và Lon = 0, và Universal Bridge với
các thiết bị chuyển mạch lực.
Nếu khóa có điện cảm nối tiếp (Diode và Thyristor có Lon > 0, IGBT,
MOSFET, hoặc GTO), mô phỏng khóa như nguồn dòng do điện áp điều
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.
Do vậy bạn có thể chọn mô phỏng diode và thyristor với hoặc không với điện
cảm trong Lon. Trong hầu hết các ứng dụng, không cần thiết xác định điện cảm
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.
Cầu thyristor được cung cấp từ nguồn vô hạn (điện kháng 0) vì vậy chuyển mạch
giữa các thyristor gần như là tức thời.
Bộ chỉnh lưu Thyristor 3 pha có nguồn vô cùng lơn
Nếu bạn mô phỏng mạh này mà không có điện cảm trong thyristor (Lon = 0),
quan sát đỉnh dòng sau trong 3 đường. Điều này xảy ra vì trong suốt thời gian
Simpower-system
Page 121 of 545
chuyển mạch 2 thyristor nối với cùng đầu cuối dương hoặc âm của cầu là sự dẫn
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(30o) / (2*0.01) hoặc 245 lần dòng DC
bình thường là 30 A). Có thể tránh ngắn mạch bằng cách dùng Lon = 1 H trong
mô hình thyristor. Nếu bạn lặp lại mô phỏng, bạn có dạng sóng dòng hình vuông
với giá trị đỉnh là 30 A.
Nếu bạn phóng to đường dòng trong thời gian chuyển mạch, bạn khám phá ra
rằng sự chuyển mạch là không tức thời. Thời gian chuyển mạch tùy thuộc vào giá
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 H
Mô phỏng hệ thống gián đoạn
Bạn thực hiện gián đoạn bằng cách kéo khối Powergui vào hệ thống của bạn.
Xác định cụ thể thời gian mẫu trong hộp hội thoại. Gián đoạn hệ thống dùng
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
biết là nếu nó có thể chấp nhận lặp lại mô phỏng với thời gian mẫu khác hoặc so
sánh với phương pháp liên tục (continuous) và tìm thấy thời gian mẫu lớn nhất có
thể chấp nhận được. Thông thường thời gian mẫu là 20 s đến 50 s cho kết quả mô
phỏng tốt nhất 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 khóa điện tử công suất chuyển mạch, bạn phải giảm bước thời
gian. Các thiết bị này, transitor lưỡng cực cổng cách ly (IGBT), transistor trường
(FET), và thyristor cổng ngắt (GTO) thường lam việc ở tần số đóng mở cao. Ví dụ,
mô phỏng bộ chuyển đổi điều chế độ rộng xung (pulse-width-modulated) (PWM)
làm việc ở 8 kHz yêu cầu bước thời gian là 1 s hoặc thấp hơn.
Lưu ý rằng nếu bạn gián đoạn mạch, bạn có thể vẫn dùng hệ thống điều khiển
liên tục. Tuy nhiên, tăng tốc độ mô 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
Cho phép gián đoạn mạch có thiết bị điện tử công suất chuyển mạch (IGBT,
GTO, hoặc MOSFET) chỉ với khối Universal Bridge. Không cho phép gián đoạn
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
Trong mạch này, mở GTO dẫn gần như tức thời mở. Nếu gián đoạn mạch, 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 cầu Universal Bridge,
biết trước tương tác chuyển đổi. Ví dụ, trong bộ chuyển đổi 6 khóa IGBT/Diode
(xem hình 3-4), mở IGBT1 là nguyên nhân gây ra sự chuyển dẫn tức thời D2 trong
cùng phía. Khi định trước mạch tôpô, nó có thể mở diode trong cùng bước khi
IGBT mở. Bạn nên sử dụng phương pháp liên tục nếu bạn thích sử dụng các khối
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 s trong hệ thống 60 Hz, tải cực tiểu xấp xỉ 2.5% công
suất định mức máy. Ví dụ, một máy đồng bộ 200 MVA trong hệ thống công suất
gián đoạn có thời gian mẫu là 50 s yêu cầu tải trở xấp xỉ 5% hoặc 10 MW. Nếu
giảm thời gian mẫu xuống 20 s, tải trở 4 MW là hiệu quả nhất.
Lon = 0 dùng cho Diode và Thyristor trong mạch gián đoạn
Diode và thyristor dùng trong mạch gián đoạn phải có điện cảm trong bằng
không. Nếu bạn gián đoạn một mạch có diode hoặc thyristor có Lon > 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
lần từ điểm làm việc đặc biệt, bạn có thể lưu thời gian bằng cách xác định
một vectơ trạng thái đầu trong hộp hội thoại Simulation --> 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
Giải thích chế độ Simulink Accelerator trong hướng dẫn Simulink user's guide.
Bộ tăng tốc Simulink tăng tốc độ thực hiện các mô hình Simulink bằng cách thay
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
khoảng chia. Mặc dù Simulink Accelerator dùng kỹ thuật RTW, Real-Time
Workshop không yêu cầu chạy nó. Cũng vậy nếu bạn không có cài đặt trình soạn
thảo C, bạn có thể dùng trình soạn thảo lcc C do MATLAB cung cấp.
Để thực hiện Simulink Accelerator, chọn Accelerator thay vì Normal trong
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 kiẻu thực hiện với sự gián đoạn và Simulink
Accelerator thể hiện trong 2 ví dụ sau: điều khiển DC dùng thay đổi nhanh và bộ
Simpower-system
Page 125 of 545
chuyển đổi AC-DC dùng 3 pha, 3 mức bộ chuyển đổi áp nguồn. 2 version mô hình
điều khiển DC có trong thư viện Demos: version liên tục, 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 phỏng DC drive
(Stop time = 1 s)
AC-DC converter
(Stop time = 0.15 s)
Continuous: ode23tb
default parameters
175 --
Discrete 23 (Ts = 10 µs) 25 (Ts = 5 µs)
Discrete + Accelerator 10 (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 số 7.6
cho điều khiển DC. Dùng chế độ Accelerator, một hệ số bổ sung 2.3 thu được nhiều
lợi ích khi thực hiện. Với các mô hình bộ chuyển đổi điện tử công suất phức tạp,
Accelerator cung cấp độ lợi thực hiện lên tới hệ số 10.
To take full advantage of the performance enhancements made possible by
converting your models to code, bạn phải dùng Real-Time Workshop to generate
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.
Thư viện mô hình phi tuyến (The Nonlinear Model
Library)
Xây dựng mô hình để sử dụng tập hợp mô hình Simulink mạch 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 cấp đầu ra dòng vào mô hình không gian trạng thái. Đối với các mô
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 dầu 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 icon máy. Bạn
có thể có chi tiết mô 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
trạng thái khóa (mở hoặc đóng). Trạng thái khóa thông qua hàm S-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
sử dụng mộ chế độ bằng 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 Phasors có các phiên bản phasor một vài mô hình liên tục trình bày ở
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.
Các thiết bị này là diode và thyristor có Lon > 0, và 3 thiết bị chuyển mạch:
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)
Vì mô phỏng các mô hình phi tuyến như các nguồn dòng, chúng không thể nối
nối tiếp với điện cảm và các đầu cuối không thể để mở.
Nếu bạn nối qua nguồn cảm, power_analyze nhắc bạn câu nhắn lỗi. Bạn có thể
tránh điều này bằng cách nối điện trở lớn song song với điện cảm nguồn hoặc thông
qua đầu cuối máy.
Một mạch đệm RC nối tiếp bao gồm mô hình khối Breaker và các khối 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
Để sử dụng thư viện powerlib_models của bạn, đầu tiên bạn phải copy file
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
này ở đường dẫn tìm kiếm trong MATLAB trước khi the standard blockset
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 số thông số trơng hộp hội thoại của
Simpower-system
Page 128 of 545
chúng. 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 thống đơn giản (Modeling Simple Systems) giải thích cách xây
dựng mô hình phi tuyến dùng khối Voltage Measurement và khối Controlled
Current Source. Các ví dụ đưa ra (một điện cảm phi tuyến và một điện trở phi
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
cả nguồn áp điều khiển. Liên quan đến xây dựng hướng dẫn và tùy biến các mô
hình phi tuyến.
Thay đổi thông số mạch
Mỗi lần bạn thay đổi thông số các khối thư viện powerlib, bạn phải khởi động
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.
Như các khối Simulink, tất cả các thông số khối thư viện powerlib là phải xác
định trong hộp hội thoại có thể chứa các biểu thức MATLAB dùng tên biến kí hiệu
(symbolic). Trước khi chạy mô phỏng, bạn phải ấn định giá trị của mỗi biến trong
không gian làm việc của MATLAB. Điều này cho phép bạn thực hiện nghiên cứu
ma trận tham số bằng cách thay đổi giá trị thông số trong script MATLAB.
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.
Giá trị điện cảm của một trong những khối chứa biến L1, nên định nghĩa trong
không gian làm việc. L1 thay đổi trong 10 bước từ 10 mH đến 100 mH và giá trị
kiểm tra lưu trong một vectơ, L1_vec. Dạng sóng điện áp để phân tích lưu trong
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
Chương này giới thiệu thư viện Electric Drives của SimPowerSystems. Đây là
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
About the Electric Drives
Library
Trình bày thư viện Electric Drives: nội dung và
thuận lợi cho người sử dụng.
Getting Started Thông tin cơ bản điều kkhiển điện, bao gồm cách
trình bày và đặc tính thư viện đồ thị giao diện người
dùng (GUI).
Simulating a DC Motor
Drive
Ví dụ từng bước cách mô phỏng mô hình điều
khiển DC.
Simulating an AC Motor
Drive
Ví dụ từng bước cách mô phỏng mô hình điều
khiển AC.
Mechanical Models Trình bày khối cơ khí và khối bộ giảm tốc.
Mechanical Coupling of
Two Motor Drives
Nghiên cứu ghép nối cơ khí AC4 (DTC three-
phase induction motor-based drive) và DC2 (single-
phase dual-converter DC motor drive) blocks.
Winding Machine Study of a winding machine driven by the DC3
(two-quadrant three-phase rectifier DC motor drive)
block.
Robot Axis Control Using Study of a six degrees-of-freedom robot driven by
Simpower-system
Page 130 of 545
Brushless DC Motor Drive the AC6 (điều khiển động cơ DC không chổi than)
blocks.
Building Your Own Drive Nghiên cứu cách xây dựng mô hình điều khiển
động cơ tùy thuộc yêu cầu cụ thể.
About the Electric Drives Library
Thiết kế thư viện Electric Drives cho các kỹ sư muốn liên kết dễ dàng và điều
khiển chính xác mô phỏng hệ thống. Một giao diện đặc biệt thể hiện các thông số
chọn điều khiển trong hệ thống tôpô, do vậy đơn giản hóa sự điều chỉnh người sử
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
số sự tác động qua lại điều khiển điện với hệ thống. Thư viện là rất hữu ích khi
when a powerful drive has to be carefully maneuvered without ignoring the
operating limits of the load on one side and of the power source on the 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
vận chuyển, six alternating current (AC) drives providing more efficient and
versatile motors from traction to positioning devices, and shaft and speed reducer
models useful for connecting to the motor a model of load made of Simulink blocks.
An added value of the library are parameters that assure the validity of the motor,
the power converters, và hệ thống điều khiển. Khi thiết kế thư viện, một lưu ý đặc
biệt đối với mô hình động cơ by comparing the models' behavior to the published
data of the major manufacturers. Numerous examples, demos or case studies of
typical drives are supplied with the library. Hopefully, typical user systems are
similar to these analyzed systems, thereby saving time in building the practical
system and supplying a known reference point in the analysis.
Để truy cập thư viện Electric Drives, mở thư viện chính SimPowerSystems,
powerlib, rối nhấp đôi biểu tượng Applications Libraries. Một cửa sổ mới chứa
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
tiếp theo giới thiệu cho bạn điều khiển DC và AC cơ bản thông qua các ví dụ mô
phỏng đơn giản.
Simpower-system
Page 132 of 545
What Is an Electric Drive?
Điều khiển điện là hệ thống thực hiện chuyển đổi năng lượng điện thành năng
lượng cơ ở những tốc độ có thể điều chỉnh. Đây là lý do tại sao điều khiển điện
cũng có thể gọi là điều chỉnh tốc độ (ASD). Hơn nữa điều khiển điện chúng ta sẽ
xét sau, luôn chứa sự điều chỉnh dòng (hoặc mômen) để cung cấp dòng điều khiển
an 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 này có tải
cơ phù hợp có nghĩa là hiệu quả năng lượng tốt hơn và đưa đến 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 sự làm việc tốc độ
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
Hình vẽ sau chỉ ra tôpô cơ bản điều khiển điện. Bên cạnh 3 thành phần chính,
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
Động cơ dùng trong điều khiển là cả động cơ 1 chiều (DC) hoặc xoay chiều
(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
bằng điện được ưa chuộng vào những năm 1960. Rồi những bước phát triển cảu
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 cơ AC. 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
khiển động cơ DC dựa vào bọ chỉnh lưu điều khiển pha (bộ chuyển đổi AC-DC)
hoặc bộ chuyển đổi nhanh (bộ chuyển đổi DC-DC), trong khi điều khiển động cơ
AC dùng bộ chuyển đổi (bộ chuyển đổi DC-AC) hoặc bộ chuyển đổi cyclo (bộ
chuyển đổi AC-AC). Thành phần cơ bản cẩu tất cả các bộ chuyển đổi điện tử côang
suất là các khóa điện tử công suất, mà là cả bán điều khiển (điều khiển trạng thái
đóng), như trong trường hợp thyristor, hoặc điều khiển hoàn toàn (điều khiển trạng
thái đóng và mở), như là trong trường hợp khối IGBT (transistor lưỡng cực cổng
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
hoàn thiện điều này bộ điều khiển đầu tiên dựa vào bộ điều chỉnh dòng (hoặc
mômen). Bộ điều chỉnh dòng la bắt buộc vì như đã đề cập ở trước, nó bảo vệ động
cơ bằng sự điều chỉnh gần chính xác dòng động cơ. Điểm tập hợp (SP) bộ điều
chỉnh này có thể cung cấp ngoài nếu điều khiển là điều chỉnh mômen, hoặc trong
bằng bộ điều chỉnh tốc độ nếu điều khiển là điều chỉnh tốc độ. Trong thư viện
SimPowerSystems Electric Drives, bộ điều chỉnh tốc độ nối tiếp với bộ điều chỉnh
dòng và dựa vào bộ điều khiển PI có 3 đặc tính quan trọng. Đầu tiên, tốc độ biến
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
hạn bởi cận trên và cận dưới. Cuối cùng, cũng giới hạn các phần nguyên để tránh
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
Với mõi ứng dụng điều khiển điện, điều khiển tải cơ khí có yêu cầu giá trị đặt
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
có dấu dương (+), thể hiện hướng mômen điện là hướng chuyển động. Trong góc
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. Trong góc phần tư thứ
tư, dấu mômen điện là dương và tốc độ là âm, thể hiện hãm ngược. Điều khiển
Simpower-system
Page 134 of 545
truyền động hãm bằng bộ đệm hãm (hãm động) hoặc bằng trào lưu công suất 2
chiều (hãm tái sinh).
Hình sau minh họa the miền làm việc của 4 phần tư điều khiển điện. Mỗi phần tư
có miền mômen hằng từ 0 đến +/- tốc độ định mức b và miền mà mômen giảm
theo đường cong với tốc độ từ b đến tốc độ cực đại 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
Các mô hình điều khiển cung cấp trong thư viện là tương đối phức tạp và có
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
họa hướng dẫn Self-Controlled Synchronous Motor Drive tab Controller làm
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
trị số thông số, các biểu thức MATLAB hợp lệ, và biến MATLAB. Một sự khác
biệt giữa GUI và mặt nạ Simulink là bạn chỉ có thể nhập 1 giá trị vào trong mỗi
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
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 chứa mô
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 phân MATLAB (.MAT). nút Load cho phép bạn khôi phục phần thông số lưu
trước đó đối với laọi điều khiển đã cho (vi dụ: AC1, DC2, v..v..). Khi bạn tải tập
hợp các thông số, kiểu thông số điều khiển đã lưu được so sánh với kiểu mô hình
điều khiển bạn đang tải thông số vào, để đảm bảo là bạn đang tải những thông số
phù hợp với mô hình.
Khi bạn dùng nút Load, hộp hội thoại xuất hiện sẽ chỉ vào thư mục cài đặt
MATLAB có chứa tiêu chuẩn cài đặt thông số cung cấp cho tất cả các điều khiển
trong thư viện.
Tuy nhiên, khi bạn dùng nút Save, hộp hội thoại xuất hiện sẽ chỉ vào thư mục
làm việc hiện hành trong không gian làm việc của MATLAB.
Displaying the Controller's Schematic
Thêm vào nút Schematic ở góc cao bên phải tab bộ điều khiển trong 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
Một lưu ý quan trọng là nếu bạn muốn vô hiệu hóa mối liên kết giữa một mô
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
là mở hẹ thống con, như trong trường hợp hệ thống con Simulink không mặt nạ.
Bạn có thể nhập thông số trong mặt nạ riêng hệ thống con được soạn thảo từ mô
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
Trong phần này bạn học cách sử dụng mô hình điều khiển DC của thư viện
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 than DC trong thư
viện Electric Drives. Như trong bất kì động cơ điện nào, động cơ chổi than DC có 2
phần chính, phần stator (tĩnh) và phần rotor (có thể chuyển động). Động cơ chổi
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
hằng số điện áp nguồn DC trong khi cuộn dây phần ứng được cung cấp từ nguồn
DC thay đổi. Nguồn mới sinh ra từ bộ chuyển đổi thyristor điều khiển 3 pha cho mô
hình DC1 đến DC4 và bằng bộ đệm transistor cho mô hình DC5, DC6, và DC7.
Cung cấp bộ chuyển đổi thyristor bằng nguồn 1 pha AC trong trường hợp DC1 và
DC2 và bằng nguồn 3 pha AC trong trường hợp DC3 và DC4. Cuối cùng, 7 mô
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 hình Loại chuyển đổi Góc phần tư làm việc
DC1 Bộ chuyển đổi 1 pha thyristor I-II
DC2 Bộ chuyển đổi 1 pha thyristor I-II-III-IV
DC3 Bộ chuyển đổi 3 pha thyristor I-II
DC4 Bộ chuyển đổi 3 pha thyristor I-II-III-IV
DC5 Bộ đệm I
DC6 Bộ đệm I-II
DC7 Bộ đệm I-II-III-IV
Hãm tái sinh
Làm việc ở phần tư thứ II và IV tương ứng hãm thuận và ngược. Với mô hình
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.
Thu về trào lưu công suất 2 chiều này bằng cách chuyển đổi kết nối động cơ khi
dòng trở nên vô hiệu (DC1 và DC3) hoặc bằng cách sử dụng bội chuyển đổi thứ 2
(DC2 và DC4). Cả 2 phương pháp cho phép chuyển đổi dòng động cơ để tạo
mômen điện ngược hướng chuyển động. Mô hình điều khiển DC bộ đệm (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 cơ DC 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. Mở thư viện SimPowerSystems Electric Drives. Bạn có thể mở thư
viện bằng cách đánh electricdrivelib trong cửa sổ lệnh MATLAB hoặc dùng
menu Simulink. Vị trí mô hình DC3 trong thư viện DC Drives. Copy khối
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. Mở thư viện Electrical Sources và copy khối 3-Phase Source vào
mạch. Nối đầu ra nguồn áp A, B, và C với đầu vào A, B, và C DC3 tương
ứng.
Simpower-system
Page 140 of 545
11. Mở thư viện Connectors và copy khối Ground (output) vào
DC_example. Nối đầu ra Ground với điểm trung tính N nguồn 3 pha (3-
Phase Source).
1. Trong ví dụ này, bạn đang điều khiển động cơ 200 hp DC điện áp
phần ứng định mức 500 V. Điện áp đầu ra trung bình cầu chỉnh lưu 3
pha thyristor cho là
1. Với Vl, rms là giá trị áp pha-pha rms của nguồn áp 3 pha và là giá trị
góc mở thyristor. Để điều khiển điện áp tốt hơn, thông thường áp dụng giới
hạn góc mở thấp hơn, và điện áp đầu ra trung bình cực đại có sẵn từ cầu
chỉnh lưu cho bởi
2. với min là giới hạn góc mở thấp nhất. Trong trường hợp của chúng ta,
giới hạn góc mở thấp dùng trong mô hình DC3 là 200. Với mỗi giá trị góc
mở và để có giá trị điện áp đầu ra cực đại là 500 V để điều khiển động cơ
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. Lưu ý rằng biên độ nguồn áp và các giá trị tần số cần cho mỗi mô
hình điều khiển của thư viện Electric Drives library có thể tìm trong chú ý
tham khảo. Các giá trị định mức động cơ tương ứng cũng có. Bảng 4-1 có
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 độ 460 V
Tần số
Giá trị định mức động cơ
Công suất 200 hp
Tốc độ 1750 rpm
Điện áp 500 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
mạch Psc và tỉ số X/R (với X = L., là tần số góc nguồn áp). Theo kinh
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 V và tần số nguồn là
60 Hz. Nếu chúng ta giả thiết công suất ngắn mạch là 25 lần công suất điều
chỉnh định mức, chúng ta tìm được điện kháng nguồn là 0.056 . Với tỉ số
X/R là 10, dùng phương trình 4-1 và 4-2, chúng ta tìm giá trị điện trở là
0.0056 và điện cảm là 0.15 mH.
5. Đặt giá trị điện trở nguồn AC là 0.0056 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
và mômen tải. Nhiều mômen tải cân bằng với tốc độ điều khiển tải thể hiện bằng
phương trình
(4-3)
Với m là tốc độ rad/s và N là tốc độ vòng trên phút (rpm). Bây giờ bạn sẽ xây
dựng tải.
Để tính toán loại mômen tải cơ này, cần tốc độ động cơ DC. Tốc độ có thể có
bằng cách sử dụng các đầu ra mô hình DC3. 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, và vectơ Ctrl có tất cả giá trị điều chỉnh quan trọng, như tín hiệu tốc độ hoặc
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.
Với mômen 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 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 Nm, n là 1750 rpm. Từ đó công suất cơ đầu ra Pm, n của động cơ
là 200 hp, mômen tải cơ định mức Nmec, n có thể tính theo phương trình 4-4
(bỏ qua ma sát nhớt)
(4-
4)
Simpower-system
Page 143 of 545
2. với 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. Nối đầu vào và đầu ra khối mômen tải tuyến tính với vectơ đầu ra
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
thuộc vào chế độ điều chỉnh (điều chỉnh tốc độ hoặc mômen). Trong ví dụ này,
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. Mở thư viện Simulink Sources và copy khối Constant vào
DC_example.
5. Nối khối Constant để đặt điểm đầu ra mô hình DC3 model và tên là
Speed reference.
6. Đặt điểm đặt là 1750 rpm.
Visualizing Internal Signals
Bây giờ bạn phải sử dụng mô hình đầu ra DC3 để làm trực quan tín hiệu quan
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
khảo tương ứng. Để xem các tín hiệu nối với đầu ra DC3, chọn mô hình DC3 và
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 (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 tín hiệu cần thiết: áp phần ứng và tín hiệu dòng là
phần tử đầu tiên và thứ 3, tương ứng (Hình 4-2). Tốc độ là phần tử thứ 2 của vectơ
Motor.
Cuối cùng, tín hiệu dòng và tốc độ quy chiếu là phần tử thứ nhất và thứ tư của
vectơ Ctrl, tương ứng (xem hình sau). Lưu ý rằng tín hiệu Ref. khối Regulation
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
có thể chọn các tín hiệu bộ chuyển đổi bạn muốn ở đầu ra. Xem trang tham khảo
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. Xây dựng hệ thống con sau để lấy tất cả các tín hiệu trực quan cần
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
ra khối Signal Selector. Mở hộp hội thoại Scope Parameters. Trên tab
General, đặt số trục là 4, dải thời gina mô phỏng là tự động (auto), **and
use a decimation of 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 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 khiển DC, AC,
và mô hình cơ khí có thể tìm trong phần Remarks của các trang tham khảo khối
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. Mở hộp hội thoại Simulation/Configuration Parameters. Chọn tùy
chọn giải bước cố định, gián đoạn (không có trạng thái liên tục). Đặt thời
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
thông số sử dụng giao diện đồ họa người sử dụng. Tên mỗi file là theo tên
mô hình bằng giá trị công suất. Version 200 hp DC3 bởi vậy tên là
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
rotor inertias. When the motor is coupled to a load, the inertia field of the DC
Machine tab represents the combined inertias of the rotor and of the driven load.
Trong ví dụ này, quán tính không tải động cơ DC3 200 hp là 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
Tốc độ và các bộ điều khiển hiện hành khối DC3 are both composed of a
proportional-integral regulator. More details on the regulators of each drive model
of the library can be found in the corresponding reference notes. To have a quick
idea of the internal structure of a drive controller, sơ đồ là có sẵn bên trong dao diện
người sử dụng của mỗi mô hình. Let's open the schematics related to our DC3
model:
2. Mở giao diện người sử dụng. Nhấp phần Controller và đến
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 chỉnh mặc định (thông số bộ điều chỉnh tốc
độ và dòng) have been trimmed for "no-load" inertias. Vì quán tính đã thay
đổi, nên quan tâm đến một vài thay đổi đối với bộ điều khiển tốc độ. Không
cần thay đổi bộ điều khiển dòng, sự thay đổi quán tính nhỏ ảnh hưởng đến
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. Lưu ý rằng dòng phần ứng theo quy chiếu rất tốt, nhưng bão hòa ở
450 A trong thời gian tăng pha. Sự bão hòa này là kết quả của giới hạn quy
chiếu bộ điều khiển dòng 1.5 p.u. Đây là kết quả thiếu mômen gia tốc, 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.
A rule of thumb is to lower the speed ramp by the same amount that the
inertia was increased. Thực vậy, theo phương trình dưới, cùng mômen đường
cong tốc độ (torque vs. speed curve) (hoặc current vs. speed) như mặc định
với quán tính 2.5 kg.m2 có thể có với quán tính mới I, nếu tốc độ giảm
bằng lượng quán tính tăng.
2. B. 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
thấp gây nên sai số trong thời gian giảm bớt tăng pha. Sự thay đổi độ lợi
nguyên và cân đối bộ điều chỉnh tốc độ PI cho phép bạn đạt được những kết
quả sau:
o Bằng 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. Sự tăng độ nhạy này cũng làm giảm vượt quá tốc độ, dòng phần
ứng giảm xuống nhanh hơn nhiều lần tốc độ mong muốn đạt đến.
o Một 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
giảm bớt sai số nhanh hơn nhiều bằng cách sinh ra 1 mômen gia tốc
cao hơn một ít khi theo độ dốc gia tốc.
2. Nên nhớ rằng tăng quá cao độ lợi đối xứng và nguyên có thể là
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 thể là nguyên nhân bão hòa dòng. Một cách dễ 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 mong muốn (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
điều chỉnh thông số bộ điều khiển dòng cho đến khi dòng theo dòng quy
chiếu một cách hoàn hảo. The same remarks can be made for the current
regulator as those made above for speed regulation. Once the current
regulator is trimmed, you can then trim the speed regulator by resetting the
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
Quan sát góc mở thấp hơn tốc độ tăng để phát điện áp đầu ra bộ chuyển đổi. 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
động cơ DC trong thời gian tăng pha, điện áp phần ứng tăng cân bằng với tốc độ.
Simpower-system
Page 153 of 545
Quan sát dòng tăng trong pha này vì mômen tăng nghịch với tải. Quanh t = 8.5 s,
tốc độ đạt điểm đặt, và dòng phần ứng thấp xuống khoảng 335 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
và dòng hình 4-3. Các bộ lọc này lọc bỏ những sóng hài dòng và tốc độ không
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
giới thiệu bằng 6 lần tần số nguồn áp (sóng hài bậc 6th). Trong ví dụ này tần số
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
sóng hài tốt. Nên nhớ rằng tần số cắt quá thấp có thể là nguyên nhân gây mất ổn
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
Trong phần này bạn sẽ học cách dùng mô hình điều khiển AC của thư viện
SimPowerSystems Electric Drives. Đầu tiên chúng ta xác định loại động cơ, 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
với nhau ở đầu cuối roto bằng các vòng xuyến dẫn điện. Mô hình AC5 dựa vào
động cơ đồng bộ roto dây cuốn, và mô hình AC6 dùng động cơ đồng bộ nam châm
vĩnh cửu. Các mô hình 3 loại kể trên có trong thư viện SimPowerSystems
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 khiển AC là
bộ nghịch lưu nguồn điện áp (VSI) nghĩa là bộ nghịch lưu được cung cấp bởi điện
áp DC không đổi. Điện áp Dc không đổi được cung cấp bởi bộ chỉnh lưu diode
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 này là hãm động. Đặt nó song song với nút DC để ngăn cản điện 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
so sánh với dòng dây thực của động cơ. Nếu dòng vượt quá giới hạn trên dải trễ,
khóa trên bộ nghịch lưu tắt và khóa dưới sẽ mở. Kết quả, dòng giảm. Nếu dòng
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
quả dòng trở về dải trễ. Từ đó ,dòng điện tức thời phải chạy theo dòng điện quy
chiếu ben trong dải trể.
Nguyên tắc làm việc biến điệu trễ
Hình sau đưa ra sơ đồ điều biến điều khiển dòng trễ, bao gồm 3 bộ so sánh trễ,
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
Vs, lấy mẫu ở tần số cố định, và rồi được xây dựng thông qua thời gian tính toán
thích hợp của vectơ không gian điện áp bộ nghịch lưu không gần V1 đến V6 và
Simpower-system
Page 155 of 545
vectơ không gian điện áp 0 V0, V7. Sơ đồ đơn giản bộ nghịch lưu VSI như hình
dưới. Trong sơ đồ này, thể hiện trạng thái dẫn 3 chân bộ nghịch lưu bằng 3 biến
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
Kết quả chuyển mạch SA, SB, SC trong 8 trạng thái bộ nghịch lưu. Trạng thái
chuyển mạch và điện áp pha tổng hợp trong bảng 4-2. 6 vectơ làm việc lệch nhau 1
góc 600 và mô tả là hình lục giác. 2 vectơ 0 ở gốc.
Vị trí vectơ Vs như hình 4-4, ví dụ cách để phát đầu ra bộ nghịch lưu là dùng
vectơ liền nhau V1 và V2 ở phần thời gian cơ bản thỏa mãn yêu cầu đầu ra trung
bình. Có thể giải lại áp Vs là
Với Va và Vb là thành phần Vs theo V1 và V2, tương ứng. Xét trong chu kì Tc đầu
rảtung bình phù hợp với yêu cầu, chúng ta có thể viết những khoảng thời gian 2
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
Space Voltage
Vector
0 1 1 1 Freewheeling
1 1 0 0 Active
Simpower-system
Page 156 of 545
2 1 1 0 Active
3 0 1 0 Active
4 0 1 1 Active
5 0 0 1 Active
6 1 0 1 Active
7 0 0 0 Freewheeling
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/Hz vòng 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 hình AC2 dựa vào điều khiển tốc độ mạch vòng đóng 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, 2 từ thông này không không sinh ra sự tương tác với nhau trong hệ thống.
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
điện AC là không đơn giản vì sự tường tác giữa trường stator và rotor, sự định
hướng không giữ ở 900 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
điều khiển gọi là điều khiển hướng từ thông hoặc điều khiển vectơ. Điều khiển
vectơ phù hợp với cả động cơ cảm ứng và động cơ đồng bộ. Bây giờ chúng ta sẽ
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,
Simpower-system
Page 158 of 545
where
,
,
Điều khiển hướng trường ngụ ý là thành phần ids dòng stator liên kết với trường
rotor và iqs vuông góc với ids. Có thể hoàn thành điều này bằng cách chọn e là tố độ
từ thông rotor và 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 iqs, trong khi
quan hệ giữa từ thông r và ids cho bằng hàm truyền tuyến tính đầu tiên với thời
gian không đổi Lr/Rr.
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
Điều khiển hướng trường là một phương pháp điều khiển lôi cuốn nhưng nó có
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.
Một phương pháp điều khiển mạnh hơn đầu tiên ước lượng từ thông stator và
mômen điện trong khung quy chiếu từ những phép đo cuối. Sử dụng mối quan hệ
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.
Switching Table of Inverter Space
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 hình AC4 với thông số động cơ cảm
ứng 200 hp đặt trong thời gian điều chỉnh mômen. Mô hình khối AC4 điều khiển
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
electricdrivelib trong cửa sổ lệnh MATLAB hoặc bằng cách dùng menu
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. Nối đầu ra nguồn điện áp A, B, và C với đầu vào A, B, và C AC4
tương ứng.
2. Mở thư viện Connectors và copy khối Ground (output) vào
ac_example. Nối đầu ra Ground với điểm trung tính N nguồn 3 pha.
3. Trong ví dụ này, chúng ta sẽ điều khiển động cơ cảm ứng 200 hp có
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 trong lưu ý tham khảo. Cũng
bao gồm giá trị định mức các động cơ tương ứng. Bảng sau có các giá trị
tương ứng với mô hình AC4 200 hp model.
AC4, 200 HP Drive Specifications
Drive Input Voltage
Amplitude 460 V
Frequency 60 Hz
Motor Nominal Values
Power 200 hp
Speed 1800 rpm
Voltage 460 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 chính xác. Thủ tục xác định các gia trị này thảo luận trong ví
dụ từng bước Nối mô hình DC3 với áp nguồn. Theo thủ tục này, bạn xác
định điện trở là 0.0056 và điện cảm là 0.15 mH.
4. Đặt điện trở nguồn AC là 0.0056 và điện cảm là 0.15 mH.
Nối mô hình AC4 với tải cơ
Đầu vào Mec_T khối AC4 thể hiện mômen tải cung cấp cho trục động cơ cảm
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 m là tốc độ rad/s và Nm 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
Để lấy nhiều giá trị thay đổi động cơ từ vectơ này, cần khối Machine
Measurement Demux. Khối này có trong thư viện SimPowerSystems Machines.
1. Mở thư viện Machines. Copy khối Measurement Demux vào
ac_example. Chọn máy không đồng bộ (asynchronous machine) trong trường
Machine Type và lấy tốc độ rotor.
2. Để có mômen tải, giá trị tốc độ phải nhân lên bằng hệ số K phương
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. Nên áp đặt hằng số K vì vạy ở tốc độ dịnh mức động cơ làm việc ở
mômen định mức. Mômen này có thể xác định từ phương trình 4-4. Dùng
phương trình này tìm giá trị định mức là 790 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. Nối đầu vào và đầu ra khối Fan với vectơ đầu ra Motor và đầu vào
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. Mở phần Control Blocks thư viện Extra và copy Timer vào
ac_example. Nối khối với đầu vào điểm đặt mô hình AC4 và đặt tên là
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)
0 0
0.02 600
0.25 0
0.5 -600
0.75 0
3. Đặt trường Time khối Timer là [0.02 0.25 0.5 0.75]. Đặt trường
Amplitude khối Timer là [600 0 -600 0].
Trực quan tín hiệu bên trong
Bây giừo bạn sử dụng đầu ra mô hình AC4 để làm trực quan các tín hiệu quan
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.
Như chúng ta đã thực hiện với khối fan, chúng ta sẽ dùng khối Machine
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. Theo sự mô tả tín hiệu vào và tín hiệu ra của những ghi chú tham
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. Trong khối Machine Measurement Demux, chọn tín hiệu sau: dòng
stator (ia, ib, ic), từ thông stator, tốc độ rotor, và mômen điện từ
(electromagnetic torque). Khối rad2rpm ở trên có hằng số 30/ để chuyển
đổi tốc độ động cơ đưa ra bằng khối Machine Measurement Demux từ rad/s
sang rpm. Dùng khối Real-Imag to Complex và Complex to Magnitude-
Angle để 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
trục là 5, đặt dải thời gian là auto, và dùng 1 phần mười của 25. Xóa hộp
kiểm tra Limit Data Points to last ở tab Data history. Nối 5 đầu ra khối
Signal Selector với đầu vào scope.
Đặt môi trường mô phỏng bước cố định
Tất cả các mô hình của thư viện là mô hình gián đoạn. Để mô phỏng hệ thống,
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 s.
1. Mở thư viện SimPowerSystems và copy khối Powergui vào
ac_example. Đặt thời gian mẫu là 1 s.
2. mạch của bạn bây giờ giống hình 4-5.
3. Mở hộp hội thoại Simulation/Configuration Parameters. Chọn tùy
chọn giải cố định (fixed-step), gián đoạn (discrete) (không chọn trạng thái
continuous). Đặt thời gian dừng là 1 s và kích thước bước cố định là Ts.
Simpower-system
Page 169 of 545
Trước khi mô phỏng mạch, đầu tiên bạn phải đặt thông số bên trong AC4 chính
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. Để làm điều này bạn dùng nút Load giao diện người sử dụng như trong ví dụ
DC:
1. Mở giao diện người sử dụng bằng cách nhấp đôi chuột khối AC4.
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
Bây giờ bạn phải đặt giá trị quán tính động cơ. Lưu ý rằng giá trị quán tính xác
định hiện tại trong mỗi mô hình AC và DC là quán tính "không tải" chỉ thể hiện
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
thiết rằng kết hợp quán tính động cơ và quạt đạt tới 10 kg.m2. Lưu ý dùng trực
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. Trong phần Asynchronous Machine hộp hội thoại, thay đổi gia trị
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
chỉnh lưu diode 3 pha. Một tụ điện ở đầu ra bộ chỉnh lưu làm suy giảm gơn sóng
điện áp nút DC. Thêm khối ngắt hãm (Braking Chopper) giữa khối chỉnh lưu và
khối nghịch lưu, để giới hạn điện áp nút DC khi động cơ hồi tiếp âm năng lượng
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 nút DC Vlim, bạn có thể dùng
phương trình sau để đặt giá trị điện trở bộ ngắt:
Điện trở 3.3 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
có trước tải tụ nút DC. Nếu bạn bắt đầu mô phỏng với điện áp nút đầu quá nhỏ,
dòng đầu quá lớn sẽ vẽ ra từ bộ chỉnh lưu để nạp tụ. Giá trị dòng cao có thể phá
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 khoảng V.
Simpower-system
Page 172 of 545
1. Nhấp đôi khối Powergui ở phía trên ac_example. Nhấp nút Initial
States Setting. Đặt giá trị Uc_AC4/Braking chopper/Cbus là 650 V. Nhấp
Apply và sau đó Close.
Hình 4-7: Đặt áp đầu nút DC
Đặt thông số bộ điều khiển AC4
Hệ thống điều khiển AC4 có 2 phần chính, một bộ điều chỉnh tốc độ và một bộ
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. Mở giao diện người sử dụng. Nhấp phần Controller và nút
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. Bộ điều khiển tốc độ có bộ điều chỉnh đối xúng-nguyên đơn giản.
Thông số bộ điều khiển này là đọ lợi đối xứng và nguyên, giá trị độ dốc tốc
độ, tần số cắt bộ lọc thông thấp, giới hạn mômen quy chiếu, và thời gian
mẫu. Trong ví dụ này chúng ta sẽ chỉ điều khiển mômen động cơ; 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 khiển DTC, chúng không được sắp xếp nhiều. Như bạn có
thể thấy ở dưới, các thông số là độ rộng dải mômem và từ thông, từ
thông ban đầu máy điện, tần số chuyển mạch cực đại, và thời gian
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. Chế độ điều chỉnh mặc định là điều chỉnh tốc độ. Để có điều chỉnh
mômen, bạn phải thay đổi chế độ điều chỉnh trong phần Controller giao diện
người dùng.
2. Trong phần Controller của giao diện người dùng, chọn điều chỉnh
mômen (Torque regulation) cho trường Regulation type. Nhấp OK để xác
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
Quan sát đáp ứng mômen nhanh của động cơ để thay đổi điểm đặt mômen. 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
vì mômen tải nghịch với quạt. Ở t = 0.5 s, mômen động cơ tăng -600 N.m và cho
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 quanh 0.8 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
trong giao diện người sử dụng. Đây là vì kết hợp hiệu quả thời gian mẫu bộ điều
khiển DTC 15 µs, điều khiển trễ và giới hạn tần số chuyển mạch.
Thật thú vị để làm trực quan từ thông quay do stator sinh ra. Để làm như vậy,
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
thông số động cơ. Thể hiện trục cơ bằng hệ số độ cứng Ksh và hệ số đàn hồi Dsh.
Tính toán mômen truyền Tsh từ
Với m và l là tốc độ động cơ và tải.
Hình sau đưa ra liên kết giữa khối Motor 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 Jl và Bl là hệ số quán tính và hệ số ma sát nhớt.
Interconnection Diagram of the Transmission Shaft
Khối Speed Reducer
Trong rất nhiều ứng dụng, tải cơ yêu cầu mômen cao ở tốc độ thấp hơn so với
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
cao và trục tốc độ thấp nối bằng thiết bị giảm tốc, như hình vẽ sau. Khối Speed
Reducer có 7 thông số: hệ số độ cứng và hệ số đàn hồi tốc độ cao và tốc độ thấp, hệ
số rút gọn, và thiết bị giảm tốc quán tính và hiệu suất. 2 đầu vào khối Speed
Reducer là tốc độ động cơ (tốc độ cao) và tốc độ tải (tốc độ thấp) trong khi các đầu
vào là mômen trục tốc độ cao Th và mômen trục tốc độ thấp Tl. Phải cung cấp
mômne tốc độ cao cho đầu vào mômen tải động cơ. Phải cung cấp mômen tốc độ
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
hiện tải như vậy dùng điều khiển động cơ 4 góc phần tư giống như mô hình DC2
hoặc DC4. Cả 2 điều khiển động cơ này có thể là ghép thuận lợi với kiểm tra mô
hình điều khiển động cơ bằng cách dùng mô hình trục cơ.
Do đó nghiên cứu trường hợp này có sự ghép đôi mô hình điều khiển động cơ
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 này bạn 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
hình trục cơ. Đầu ra Tl mô hình trục cơ thể hiện mômne cơ phát từ động cơ AC4
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
Để bắt đầu, mô hình AC4 làm việc như điều chỉnh tốc độ tải động cơ bằng mô
hình DC2 làm việc như máy phát điều chỉnh mômen. Sự cài đặt này, chứa trong file
the cs_coupling_1.mdl, cho phép bạn thử tốc độ của mô hình AC4 và momen tải
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
sign of the reference torque applied to the DC2 motor drive that is opposite to the
speed sign.
Figure 4-10 kết quả của sự điều khiển động cơ AC4 bắt đầu lúc gần đủ tải cho
phép bởi sự cung cấp của momen tải nhiểu. Bạn có thể thấy điều đó lúc tốc độ của
động cơ AC4 chính xác đến độ dốc quy chiếu + 400 rpm/s trước đó giới hạn lớn
nhất của mômen điện lá đủ lớn. Tốc độ của động cơ AC4 tăng đến giá trị yêu cầu là
400 rpm lúc t = 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
(xem dấu mômen và tốc độ 2 điều khiển). Cuối cùng, giá trị âm của tốc độ quy
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
Figure 4-10: Speed Ramp and Load Disturbance Torque Responses of the
AC4 Motor Drive
Momen điều khiển AC4 với tốc độ điều khiển DC2
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 hình Figure 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 hình Figure 4-9. Tất cả những hệ số
điếu khiển của của hai thiết bị điều khiển là như nhau và như những trường hợp
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 DC2 bắt đầu lúc gần đủ
tải cho phép bởi sự cung cấp của momen tải nhiểu. Chú ý tốc độ động cơ DC2 phù
hợp với tốc độ quy chiếu là 400 rpm/s dưới mức hay trên mức nào đó. Tốc độ của
động cơ DC2 tăng lên đến giá trị yêu cầu là 400 rpm lúc t = 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. Kết quả, một giá trị âm tốc độ quy chiếu là -400 rpm/s được cung cấp cho
DC2 lúc t = 2.3 s. Tốc độ của DC2 đi theo khá tốt nhưng nó đưa ra một mức trên
nhỏ và một mức dưới nhỏ. Một trạng thái xác lập mới được tiến đến lúc t = 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.
Bạn có thể nhín thấy kết quả trong Figure 4-10 và Figure 4-12 đáp ứng độ dốc
tốc độ thì chính xác hơn và momen tải dao động hiệu quả hơn được loại ra với sự
điều khiển AC4 hơn là điều khiển DC2. Đây thực chất vì động lực học nhanh của
momen điện của AC4. Sự gọi lại mà điều khiển AC4 bao gồm bộ điều khiển hướng
mômen dựa trên khâu so sánh trể và mạch ngắt tần số cao, trong khi đó DC2 điều
khiển tin cậy trên bộ biến đổi bằng thyristor. Tuy nhiên, biên độ sóng mômen của
điều khiển AC4 là lớn hơn điều khiển DC2.
Simpower-system
Page 182 of 545
Figure 4-12: Speed Ramp and Load Disturbance Torque Responses of the
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.
Một đặc điểm quan trọng của các máy cuốn là lực hoạt động trên các vật cuốn
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
cho máy cuốn lúc tốc độ hằng số. Điều này ngụ ý rằng tốc độ góc máy cuốn phải
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 W là độ rộng
cuộn, r1 bán kính lõi sắt, r2 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:
MV Material mass per unit volume
L Material length
M Material mass
Jr Material inertia
Jc Winder core inertia
B Winder viscous friction coefficient
Simpower-system
Page 184 of 545
Figure 4-14: Simulink Diagram of the Complete Winding System
Figure 4-14 thể hiện một sơ đồ mô phỏng của hệ thống cuộn đầy đủ. Hệ thống
này bao gồm 4 khối : khối Winder Control, khối DC Motor Drive, khối Speed
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 r2
Khối lượng vật liệu M
Tổng hằng số quán tính máy Jt và hằng số quán tính vật liệu J
Với
Tốc độ góc của máy được tính sử dụng phương tr ình vi phân sau
Với Tl là mômen tải máy và Te là mômen điện điều khiển động cơ. Sự tính toán
sức căng hay lực ép F trên vật chất cuốn dựa trên phưong trình vi phân như trên
trong đó momen tải được hiển thị như là Tl = F r2. biến đổi lại công thức theo F
Lực này phải cung cấp This estimated force is fed back to the winder control
block in order to be regulated.
Winder Control Block
Khối này chứa khâu hiệu chỉnh PID 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. Khối Winder Control thể hiện trong hình Figure 4-15 cũng bao gồm
lực căng đối với đăc trưng tốc độ của quá trình cung cấp vật liệu ngoài đến máy
Simpower-system
Page 185 of 545
cuốn lúc tốc độ không đổi. This characteristic consists in a straight line of slope
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
Nối động cơ DC trục cuốn bằng khối Speed Reducer. Tỉ số giảm tốc là 10, cho
phép trục cuốn chậm hơn 10 lần so với động cơ, trong khi mômen while the shaft-
transmitted torque is almost 10 times higher on the low-speed side. The torque
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
phỏng là những thông số của trang ứng dụng cuộn nơi đây độ rộng cuộn là10 m.
Mở file và tìm thông số trong mặt nạ Simulink khối Winder Model, Winder
Control, DC Motor Drive, và Speed Reducer. Trong khối Winder Control, bạn sẽ
thấy điểm đặt lực căng là 300 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 đến 25 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 s 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 trong Figure 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
đổi chính xác nhưng giảm không đáng kể là tốc độ giảm mà quán tính của cuộn
cuốn cung cấp cho bộ phận có công suất không đổi yêu cầu 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
Robots là những hệ thống điện cơ phức tạp mà tại đây việc điều khiển điện
thường được dùng để điều khiển sự chuyển động của những cơ cấu có khớp. Thiết
kế hệ thống điều khiển trục có thể được thực hiện dể dàng bởi thư viện Electric
Drives, mà thư viện này có thể mô hình đầy đủ điều khiển trục động cơ, bộ giảm
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
hành robot six-degrees-of-freedom sử dụng khối Electric Drives library kết hợp
với khối Simulink. Hai phần chính của mô hình chắp nối được xây dựng sử dụng
điều khiển động cơ DC chổi quét mà nó được nối đến phần còng lại của người vận
hành thông qua bộ giảm tốc (một mô hình có trong Electric Drives library). Hệ
thống điều khiển mà hệ thống này bao gồm hai vòng điều khiển vị trí, được xây
dựng với khối Simulink. Các vòng điều khiển mômen và tốc độ trong đả có trong
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.
Mô hình chi tiết được đưa ra để thể hiện tính linh hoạt của thư viện Electric
Drives library. Thao tác của những khớp nối sử dụng các quỹ đạo đặc trưng được
thay thế và kết quả được thể hiện.
Simpower-system
Page 188 of 545
Mô tả điều khiển robot
The robot cho trong ví dụ này là là bộ điều khiển robot general-purpose six-
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. Ba axes ( 1, 2,
3) thể hiện trong hình xác định vị trí của các cánh tay và các cái khác ( , , )
cho sự định hướng của phần tử khởi động kết thúc. Trong mặt phẳng nằm ngang,
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 bộ robot 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 lưu PWM 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 ids direct-axis stator và dòng iqs tường ứng. Cung
cấp dòng quy chiếu quadrature-axis iqs* (thể hiện mômen yêu cầu) bằng vòng điều
khiển tốc độ. Giữ dòng quy chiếu direct-axis iqs* bằng 0.
Cảm biến tốc độ /cảm biến vị trí được dùng để cung cấp thông tin yêu cầu bởi
vòng điều khiển tốc độ và vị trí. Vị trí của roto cũng được yêu 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 tiên robot, 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
Figure 4-21: Simulink Diagram Representing the Robot's Main Axes Drive
Systems
Thể hiện điều khiển động cơ DC không chổi than bằng 2 khối AC6 (PM
Synchronous Motor Drive) từ thư viện Electric Drives. Khối này mô hình đầy đủ
điều khiển động cơ DC không chổi than gốm có động cơ đồng bộ nam 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 T1 và T2 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
mỗi khớp (số i), chúng ta có thể xem toàn bộ các liên kết hiệu quả khác **as a
single load reflecting to the joint a torque that is composed of three terms
(4-6)
Với i là vị trí góc khớp, Ji là mômen, Ci là hệ số ly tâm và Coriolis, và Gi là hệ
số hấp dẫn.
Xây sựng mô hình Robot bằng các khối Simulink.
Trong sơ đồ này, các thông số J1, C1, G1, J2, C2, và G2 là hàm ví trí chung Thự
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 chỉnh đạo
hàm tỉ lệ được dùng cho cả hai axes.
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
varying as a function of 2 (từ 215 kgm2 đến 340 kgm
2 passing by a minimum of
170 kgm2). Quán tính chiếu xuống trục 2 là hằng số (J2 = 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.
Trong mô phỏng chương trình hóa thao tác để quay từ -30° đến 30° trong thời
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 s.
Simpower-system
Page 193 of 545
Đáp ứng bộ phận thao tác và hiển thị điều khiển động cơ 1 và 2 trên 3 scope nối
với biến đầu ra khối AC6 và Robot. Kết quả như hình 4-22, 4-23 và 4-24.
Figure 4-22: Responses of the Manipulator's Joints 1 and 2 During a Test
Trajectory
Trong thời gian chuyển động, nhưng vị trí 1 mà 2 đi theo những quỹ đạo lập
phương với 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
Figure 4-23: Responses of the Brushless DC Motor Drive of Axis No. 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
Điều khiển động cơ DC không chổi than có kết quả rất tốt trong thời gian thử.
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 Reluctance Motor Drives,
Clarendon Press, Oxford, 1989.
[2] Spong, M. W., and Vidyasagar, M., Robot Dynamics and Control, 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
khiển động cơ riêng cho bạn. Sau đây sẽ hướng dẫn bạn cách xây dựng mô hình
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
Cung cấp động cơ cảm ứng bằng bộ nghịch lưu điều khiển dòng PWM, nó làm
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 ids stator và dòng quadrature-axis iqs, 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
ta chỉ viết lại phương trình cơ bản. Tính toán dòng quy chiếu quadrature-axis iqs*
stator từ mômen quy chiếu Te* như sau
Với Lr là điện cảm động cơ, Lm là điện cảm chung, và ước lượng từ thông móc
vòng động cơ | r|est từ
Với r = Lr / Rr là hằng số thời gian động cơ.
Dòng quy chiếu direct-axis ids* 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 iqs* và thông số động cơ.
Chuyển đổi dòng quy chiếu iqs* và ids* thành dòng pha ia*, ib*, ic* cho bộ điều
chỉnh dòng. Bộ điều chỉnh xử lý dòng đo và quy chiếu để sản sinh các tín hiệu bộ
chuyển đổi chọn.
Vai trò bộ điều khiển tốc độ là giữ cho tốc đọ động cơ bằng tốc độ quy chiếu ở
trạng thai sổn định và để cung cấp một biến động trong thời gian quá độ. Bộ điều
khiển có thể là kiểu proportional-integral.
Modeling the Induction Motor Drive
Mở mô hình power_acdrive và lưu tên case3.mdl trong thư mục 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
Hình 4-25: Điều khiển động cơ cảm ứng hướng trường tốc độ thay đổi
(Variable-Speed Field-Oriented Induction Motor Drive) (power_acdrive)
Mô hình động cơ cảm ứng bằng khối Asynchronous Machine. Động cơ dùng để
nghiên cứu trong trường hợp này là động cơ 50 HP, 460 V, 4 cực, 60 Hz có các
thông số như sau:
Rs 0.087
Lls 0.8 mH
Lm 34.7 mH
Rr 0.228
Llr 0.8 mH
Tốc độ quy chiếu và mômen tải cung cấp cho trục động cơ có thể chọn cả 2 bằng
khối một Manual Switch để dùng cả giá trị không đổi hoặc hàm bước. Đặt tốc độ
quy chiếu ban đầu là 120 rad/s và duy trì mômen tải không đổi ở 0 N.m
Mạch chuyển đổi điêu khiển dòng PWM như hình4-25. Mô hình bộ chuyển đổi
IGBT bằng khối Universal Bridge chọn ở tùy chọn Power Electronic device và
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.
Bộ điều chỉnh dòng bao gồm 3 bộ điều khiển trễ, xây dựng bằng các khối
Simulink. Cung cấp dòng động cơ bằng đầu ra đo lường khối Asynchronous
Machine.
Sự chuyển đổi giữa abc và khung quy chiếu dq do khối abc_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.
Bộ điều khiển tốc độ kiểu proportional-integral và dùng khối Simulink để thực
hiện.
Simulating the Induction Motor Drive
Simpower-system
Page 200 of 545
Để tăng tốc độ mô phỏng, gián đoạn mô hình này dùng thời gian mẫu là 2 s.
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
kiện dầu cho khối Asynchronous Machine (initial slip = 1 và không có dòng chạy
trong 3 pha). Tốc độ quy chiếu là 120 rad/s.
Quan sát tốc độ động cơ, mômen điện cơ, và dòng trong thời gian bắt đầu điều
khiển động cơ cảm ứng như trên hình 4-26
Lưu ý rằng bạn có thể lưu vectơ trạng thái cuối xFinal bằng cách chọn
Workspace I/O --> Save to workspace --> Final state trong hộp hội thoại
Simulation parameters. Có thể dùng nó như trạng thái đầu trong mô phỏng tiếp
theo vì vậy mô phỏng có thể khởi động dưới các điều kiện ổn định.
Hình 4-26: Khởi động điều khiển động cơ cảm ứng (Starting the Induction
Motor Drive)
Dạng sóng áp và dòng trạng thái ổn định (Steady-State Voltage
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
Hình này là dạng sóng áp, dòng và mômen động cơ có được khi chạy không tải
(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
Bạn có thể nghiên cứu thực hiện điều khiển động (thực hiện điều chỉnh tốc độ
chống lại sự thay đổi mômen tải và quy chiếu) bằng cách cung cấp 2 điều kiện làm
việc hay đổi để điều khiển: thay đổi từng bước tốc độ quy chiếu và thay đổi từng
bước mômen tải.
Dùng Reference Speed selection switch và Torque selection switch để đặt bước
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
điều kiện đầu vì vậy mô phỏng khởi động từ trạng thái ổn định. Tải file
power_acdrive_init.mat, tạo biến đầu. Chọn hộp kiểm tra Workspace I/O --> Load
from workspace --> Initial state trong hộp hội thoại Simulation parameters và
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., and Turnbull, F. G., Power Electronic Control of AC
Motors, Pergamon Press, Oxford, 1985.
[3] Bose, B. K., Power Electronics and AC Drives, Prentice-Hall, Englewood
Cliffs, N.J., 1986.
Quá độ và điện tử công suất trong hệ thống điện
(Transients and Power Electronics in Power Systems)
Cung cấp những ví dụ chi tiết để nghiên cứu các tình huống, cách dùng
SimPowerSystems trong các ứng dụng tiêu biểu. Tất cả các ví dụ dùng mô hình
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:
Trường hợp 2 và 3 minh họa bù công suất phản kháng shunt dùng 2
kỹ thuật khác nhau: SVC dùng thyristor và STATCOM dùng bộ chuyển đổi
nguồn áp sóng vuông GTO.
Trường hợp 4 và 5 minh 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-Compensated Nghiên cứu quá độ hệ thống truyền tải bù
Simpower-system
Page 203 of 545
Transmission System nối tiếp AC
Thyristor-Based Static Var
Compensator
Nghiên cứu bù tĩnh (SVC) dùng 3 tụ
chuyển mạch thyristor (TSC) và 1 điện kháng
thyristor điều khiển (TCR)
GTO-Based STATCOM Nghiên cứu bù đồng bộ tĩnh (STATCOM)
dùng bộ chuyển đổi GTO 48 xung
Thyristor-Based HVDC
Link
Nghiên cứu truyền tải điện áp cao DC
(HVDC) dùng bộ chuyển đỏi dòng thyristor
12 xung
VSC-Based HVDC Link Nghiên cứu truyền tải điện áp cao DC
(HVDC) dùng bộ chuyển đổi nguồn áp
(VSC)
Hệ thống truyền tải bù nối tiếp (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.
Mô tả hệ thống truyền tải (Description of the Transmission
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 bằng 40%
điện kháng đường dây. Cả 2 đường dây đều bù shunt bằng điện kháng shunt 330
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 này có 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 sánh mô hình mạch trong SimPowerSystems (Hình 5-2) với sơ đồ trong hình
5-1. Mô phỏng máy phát bằng khối Simplified Synchronous Machine. Dùng một
khối Three-Phase Transformer (Two Windings) và 1 khối Three-Phase Transformer
(Three Windings) để mô phỏng 2 máy biến áp. Thực hiện sự bảo hòa máy biến áp
nói ở nút B2.
Khối B1, B2, và B3 là khối Three-Phase V-I Measurement lấy ra từ thư viện
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
trình hóa các khối với áp đầu ra trong đơn vị p.u. và dòng trong đơn vị p.u./100
MVA. Cũng lưu ý rằng tín hiệu áp và dòng gửi đến đầu cuối khối Goto bằng cách
định tên tín hiệu. Các tín hiệu tác động bằng khối From trong hệ thống con Data
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
cố và thời gian mở là 4 chu kì. Loại trừ sự cố ở t = 6 chu kì, 1 chu kì sau khi cắt
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
tính toán giá trị tụ như thế nào và mức bảo vệ MOV. Mở hệ thống con Series
Compensation1/Phase A. Bạn có thể xem chi tiết nối tụ nối tiếp và khối Surge
Arrester (đổi tên MOV). Đường dây truyền tải là 40% bù nối tiếp bằng tụ 62.8 F.
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 hạn 30 MJ. Để giới hạn nhịp
độ tăng dòng tụ khi bộ phóng điện bị đánh thủng, nối nối tiếp mạch đệm RL. Mở hệ
thống con Energy & Gap. Nó chỉ cách tính năng lượng tổn hao trong MOV bằng
cách hợp nhất công suất (sinh ra điện áp và dòng MOV).
Khi năng lượng vượt quá ngưỡng 30 MJ, gửi thứ tự đóng cho khối Breaker mô
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
Mô hình máy biến áp bão hòa 3 pha (Three-Phase Saturable
Transformer Model)
Mở hộp hội thoại 300 MVA 735/230 kV Transformer và lưu ý rằng đặc tính
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 1.2 p.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
tính toán điện kháng móc vòng sơ cấp (L1 = 0.15 p.u.), điện kháng lõi không khí
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
suất mong muốn. Dùng tiện ích trào lưu công suất Powergui để có trào lưu công
suất tác dụng 1500 MW ra khỏi máy điện với điện áp đầu cuối là 1 p.u. (13.8 kV).
Mở hộp hội thoại khối Powergui và chọn Load Flow and Machine
Initialization. Một cửa sổ mới xuất hiện. Trong phía trên bên phải cửa sổ bạn có
tên máy điện thể hiện trong hệ thống. Bus type là PV Generator Terminal Voltage
mong muốn nên đặt sẵn điện áp định mức 13800 V. Trong trường Active Power,
nhập 1500e6 là công suất đầu ra mong muốn. Nhấp nút Execute load flow. 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
máy điện trong đơn vị watts và p.u., và điện áp kích thích yêu cầu E trong đơn vị
p.u.
Pmec 1.5159e9 W [0.72184 p.u.]
E/Vf 1.0075 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
ban đầu dw = 0; góc trong theta, độ lứon dòng, và góc pha) tự động chuyển vào
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.
Bạn có thể thấy phasors điện áp pha A ở nút B1, B2, và B3 và dòng nhập dòng 1
nút B1.
B1/Va 6.088e5 V ; 18.22 degrees
B2/Va 6.223e5 V ; 9.26 degrees
B3/Va 6.064e5 V ; 2.04 degrees
B1/Ia 1560 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
Để tăng tốc độ mô phỏng, bạn cần gián đoạn hệ thống. Thời gian mẫu xác định
trong khối Powergui là một biến Ts. Thời gian mẫu Ts=50e-6 xác định sẵn trong
chức năng Model Initialization trong Callbacks của Model Properties. Thời gian
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 time 0.2
Solver options type Bước cố định; gián đoạn(trạng thái không
liên tục)
Fixed step size Ts
Line-to-Ground Fault Applied on Line 1
Đảm bảo chương trình hóa máy cắt sự cố cho sự cố đường dây-đất trên pha A.
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
dòng 3 dây trên đường 2) và năng lượng không đổi ở 13 MJ. Năng lượng cực đại
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 Fault để mở hộp hội thoại Block 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
nhanh hơn so với trong trường hợp sự cố đường dây với đất. Năng lượng đạt đến
ngưỡng 30 MJ sau 3 chu kì, một chu kì trước khi mở máy cắt đường dây. Kết quả
là, **the gap is fired và điện áp tụ (b: đường 1) nhanh chóng xả về 0 thông qua
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
ra nếu chế độ mômen cơ trục turbine/máy phát là gần bằng 0 trở kháng hệ thống.
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.
Phần Analyzing a Simple Circuit giải thích cách khối Impedance Measurement
cho phép tính toán điện kháng hệ thống tuyến tính từ mô hìnhkhông gian trạng thái.
Tuy nhiên, mô hình case1 có nhiều khối phi tuyến (máy và sự bảo hòa máy biến
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.
Xóa khối Simplified Synchronous Machine từ mô hình case1 và thay thế bằng
khối Three-Phase Source từ thư viện Electrical Sources. Mở hộp hội thoại và đặt
thông số như sau để có cùng giá trị điện kháng (L = 0.22 p.u./ (6 * 350 MVA)
Quality factor = 15).
Phase-to-phase rms
voltage
13.8e3
Phase angle of phase A 0
Frequency (Hz) 60
Internal connection Yg Specify impedance using short-circuit
level
3-phase short-circuit
level
6*350e6
Base voltage 13.8e3
X/R ratio 15
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. Đo điện kháng giữa 2 pha cho 2 lần điện kháng thứ tự thuận. Do đó bạn phải
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.
Trong khối Powergui, chọn Impedance vs Frequency Measurement. Một cửa
sổ mới mở ra, tên khối Impedance Measurement. Điền dải tần số bằng cách nhập
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
370 Hz là vì thông số đường dây phân phối 600 km. Cả 3 chế độ là giống nhau ở
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 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
Cấu hình các máy cắt trạm biến áp thông thường cho phép xóa bỏ sự cố ở nút
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. Mở khối Three-Phase Fault và thực hiện thay đổi sau trong hộp hội
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. mở hộp hội thoại máy cắt CB1 và CB2 và thực hiện những thay đổi
sau:
Switching of Phase A Not selected
Switching of Phase B Not selected
Switching of Phase C Not selected
1. Máy cắt không thay đổi vị trí. Chúng ở trạng thái ban đầu (đóng).
4. Trong hệ thống thư thập dữ liệu (Data Acquisition subsystem), chèn
khối Selector (từ thư viện Simulink Signals & Systems) ở đầu ra Vabc_B2
nút B2 nối với scope. Đặt thông số Elements là 1. Điều này cho phép bạn
thấy áp pha A rõ ràng trên scope.
5. Bây giờ thêm khối để đọc từ thông và dòng từ hóa máy biến áp bảo
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. ITrong hợp hội thoại Simulation --> Simulation parameters, thay
đổi thời gian dừng là 0.5. Sự mô phỏng với thời gian chậm cho phép bạn
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 hóa máy biến áp xuất hiện khi từ thông vượt quá mức bảo hòa. Dòng này
chứa thành phần điện kháng 60 Hz biến 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.
SVC là thiết bị shunt của họ Flexible AC Transmission Systems (FACTS) dùng
điện tử công suất. Nó điều chỉnh điện áp bằng cách phát hoạc hấp thụ công suất
phản kháng. Nếu bạn không quen SVC, vui lòng xem tải liệu khối Static Var
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
giản có thể mô phỏng bất kì tôpô SVC nào. Bạn có thể dùng nó với tùy chọn mô
phỏng phasor khối Powergui để nghiên cứu thực hiện động và ổn định quá độ hệ
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.
Mô hình SVC trình bày trong ví dụ này là mô hình chi tiết hơn tô pô SVC đặc
biệt(dùng điện kháng điều khiển thyristor (TCR) và tụ khóa thyristor (TSCs)) với sự
thể hiện đầy đủ điện tử công suất. Loại mô hình này yêu cầu mô phỏng gián đoạn
với bước thời gian cố định (50 s trong trường hợp này) và dùng nó đặc biệt để
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.
Ví dụ này có sẵn trong mô hình power_svc_1tcr3tsc. Tải mô hình này và lưu
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
Hình 5-4: Mô hình SPS 300 Mvar SVC trên hệ thống 735 kV
(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
tripplen thứ tự không (3rd, 9th,...) giữ lại trong cuộn tam giác, bởi vậy giảm bớt
sóng hài bơm vào hệ thống.
Thể hiện hệ thống công suất bàng đẳng trị điện cảm (mức ngắn mạch 6000 MVA)
và tải 200-MW. Điện áp trong hệ thống đẳng trị có thể thay đổi bằng khối Three-
Phase Programmable Voltage Source để quan sát đáp ứng động SVC để thay đổi
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:
Measurement System đo điện áp sơ cấp thứ tự thuận. Hệ thống này
dùng kỹ thuật tính toán Fourier gián đoạn để ước lượng điện áp cơ bản over a
one-cycle running average window. Đơn vị chỉ số điện áp đo được chạy
bởimột chương trình lập sẵn để đưa vào trong sự thay đổi tính toán của tần số
hệ thống.
Voltage Regulator dùng bộ điều chỉnh PI để điều chỉnh điện áp sơ
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 đầy dung (+300 Mvar) sang đầy cảm (-
100 Mvar) điện áp SVC thay đổi giữa 1 - 0.03 = 0.97 p.u. và 1 + 0.01 = 1.01
pu.
Distribution Unit dùng điện nạp sơ cấp tính toán Bsvc bằng bộ điều
chỉnh điện áp để xác định góc mở TCR và trạng thái (on/off) 3 nhánh TSC.
Simpower-system
Page 218 of 545
Góc mở như là một hàm của TCR điện nạp BTCR được thực hiện bằng bảng
giám sát từ phương trình sau
với BTCR là điện nạp TCR trong p.u. của công suất điện kháng định mức
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
phát xung. Sự mở các nhánh TSC có thể đồng bộ hóa (gửi một xung ở các
thyristors dương và âm ở mỗi chu kì) hoặc liên tục. Chế đọmowr đồng bộ
thường là phương pháp được sử dụng ưa thích vì giảm sóng hài nhanh hơn.
Có thể chọn thay đổi chế độ mở Synchronized trong hộp hội thoại Firing
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 menu Programmable Voltage Source và thấy chương trình
hóa thứ tự bước điện áp. Cũng vậy mở menu khối SVC 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. Chạy mô 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
Ban đầu nguồn áp đặt là 1.004 pu, kết quả điện áp 1.0 p.u. ỏ các đầu cuối SVC
khi SVC không làm việc. Như điện áp quy chiếu Vref đặt là 1.0 pu, the SVC là
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).
Ở t = 0.1s áp đột ngột tăng lên 1.025 pu. SVC phản ứng lại bằng cách hấp thụ
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 ( = 940).
Ở t = 0.4 s điện áp nguồn đột ngột giảm thấp xuống 0.93 pu. 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 ( =1200).
Quan sát đường cuối cùng trên scope cách TSC thứ tự đóng và mở. Mỗi lần TSC
mở góc TCR thay đổi từ 1800 (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
và dòng TCR nhánh AB cũng như xung thyristor trên scope TCR AB. Hình dưới
thu nhỏ 3 chu kì khi góc mở là 1200.
Steady State Voltage and Current in TCR AB
Misfiring of TSC1
Trường hợp cuối cùng nghiên cứu trình mô phỏng TSC misfiring.
Mỗi lần TSC khóa một giá trị điện áp bị tụ TSC lưu lại. Nếu bạn xem ở scope
TSC1 Misfiring bên trong hệ thống con Signals & Scope, bạn có thể quan sát điện
áp TSC1 (đường đầu tiên) và dòng TSC1 (đường 2) nhánh AB. Điện áp đi qua
thyristor dương (thyristor dẫn dòng dương) như ở đường 3 và các xung gửi đến
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
trên valve TSC. Xem bên trong khối SVC Controller for how a misfiring can be
simulated on TSC1. Dùng khối Timer và khối OR để thêm xung thông thường từ
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
thì lớn nhất sau TSC đã cản trở. Thyristor misfiring này tạo ra quá dòng thyristor
lớn (18 kA hoặc 6.5 lần dòng đỉnh định mức). 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 cản quá dòng và quá áp, thông thường bảo vệ valve thyristor bằng 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
cứu sự thực hiện trạng thái ổn định và động của bộ bù đồng bộ tĩnh (static
synchronous compensator) (STATCOM) trên hệ thống phân phối. STATCOM là
thiết bị shunt của họ hệ thống phân phối AC linh hoạt (FACTS) sử dụng điện tử
công suất. Nó điều chỉnh điện áp bằng cách phát hoặc hấp thụ công suất phản
kháng. Nếu bạn không quen STATCOM, vui lòng xem tài liệu khối Static
Synchronous Compensator (Phasor Type), trình bày nguyên tắc làm việc của
STATCOM.
Tùy thuộc công suất định mức của STATCOM, sử dụng kỹ thuật khác cho bộ
chuyển đổi công suất. STATCOM công suất cao (vài trăm Mvars) thông thường
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
The Static Synchronous Compensator (Phasor Type) của thư viện FACTS là một
chế độ đơn giản, mà có thể mô phỏng theo một kiểu khác của STATCOMs. Bạn có
thể dùng với tùy chọn mô phỏng phasor khối Powergui để nghiên cứu thực hiện
động và ổn định quá trình quá độ của hệ thống. Bởi vậy dao động điện cơ tần số
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.
Mô hình STATCOM trình bày trong ví dụ này là mô hình chi tiết hơn với thể
hiện đầy đủ điện tử công suất. Nó dùng sóng vuông, 48-xung VSC và nối liền các
máy biến áp cho hàm trung hòa. Kiểu mô hình này yêu cầu mô phỏng gián đoạn
bước cố định (25 s trong trường hợp này) và nó dùng kiểu đặc trưng để nghiên cứu
sự thực hiện STATCOM trong dải thời gian nhỏ hơn nhiều (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
STATCOM trình bày trong ví dụ này có sẵn trong mô hình
power_statcom_gto48p. Tải mô hình này và lưu vào thư mục làm việc của bạn là
case3.mdl để cho phép thay đổi nhiều hơn hệ thống ban đầu. mô hình này ở hình 5-
6 thể hiện hệ thống 3 nút 500 kV với điều chỉnh điện áp STATCOM 100 Mvar ở
nút B1.
Điện áp trong hệ thống đẳng trị nối ở nút B1 có thể thay đổi bằng khối Three-
Phase Programmable Voltage Source để quan sát đáp ứng động STATCOM để thay
đổi điện áp hệ thống.
Hình 5-6: Mô hình SPS STATCOM 100 Mvar trên hệ thống 500 kV
(power_statcom_gto48p)
STATCOM Power Component
STATCOM gồm có bộ chuyển đổi 48-xung 3 mức và 2 tục 3000 F mắc nối tiếp,
2 tụ này làm việc như nguồn điện áp Dc thay đổi. Biên độ biến điện áp 60 Hz bộ
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 500kV 100 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 +/-
7.50.
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,...) and 7+12n (7, 19, 31, 43,...). Thêm vào đó, góc lệch pha
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
hóa sóng hài 23rd và 25th. Quan trọng đầu tiên harmonics phát sinh bởI máy
chuyển đổi sẽ ở sau 47th and 49th. Sử dụng điện áp phân cực DC the 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
Phổ tần này có được từ chạy demo power_48pulsegtoconverter, mà dùng cùng
tôpô bộ chuyển đổi. FFT thực hiện phân tích bằng cách dùng tùy chọn FFT
Analysis của khối Powergui. 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.
Measurement System tính toán thành phần thứ tự thuận dòng và áp
STATCOM, dùng phase-to-dq transformation and a running-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 , góc là góc lệch pha điện áp bộ
chuyển đổi và điện áp hệ thống tương ứng. Góc này tồn tại rất gần 0 ngoại
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
STATCOM thay đổi từ đầy dung (+100 Mvar) sang đầy cảm (-100 Mvar)
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 ).
Để giải thích nguyên tắc điều chỉnh, chúng ta cho rằng điện áp hệ thônhgs Vmeas
trở nên tháp hơn so với điện áp quy chiếu Vref. Bộ điều chỉnh điện áp sẽ yêu cầu
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 pha 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 thích ở phần trước, cố định góc dẫn bộ chuyển đổi 3 mức là 172.5°.
This conduction angle minimizes 23rd and 25th harmonics of voltage generated by
the square-wave inverters. Cũng vậy để giảm sóng hài không đặc tính, điện áp
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 cho nữa chu kì dương và âm.
Hẹ thống điều khiển STATCOM cũng cho phép chọn chế độ điều khiển Var
(xem hộp hội thoại STATCOM Controller). Trong mỗi trường hợp, dòng quy
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
Bạn sẽ quan sát dạng sóng trạng thái ổn định và đáp ứng động STATCOM khi
điện áp hệ thống thay đổi. Mở menu nguồn điện áp và xem thứ tự chương trình hóa
bước điện áp. Cũng vậy mở hộp hội thoại STATCOM Controller và kiểm tra
STATCOM là ở chế độ điều chỉnh điện áp (Voltage regulation mode) với điện áp
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
Ban đầu nguồn điện áp chương trình hóa đặt là 1.0491 p.u., kết quả điện áp nút
B1 là 1.0 p.u. khi STATCOM không làm việc. Như điện áp quy chiếu Vref đặt là
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 định mức). STATCOM phản ứng lại bằng
cách phát công suất phản kháng (Q=+70 Mvar) để giữ điện áp ở 0.979 p.u. Thời
gian đặt 95% xấp xỉ 47 ms. Ở điểm nay điện áp DC tăng lên đến 20.4 kV.
Thì ở t = 0.2 s áp nguồn tăng lên đến 1.045 p.u. giá trị định mức. STATCOM
phản ứng lại bằng cách thay đổi điểm làm việc từ dung sang cảm để giữ điện áp ở
1.021 p.u. Ở điểm này STATCOM hấp thụ 72 Mvar và điện áp DC giảm thấp
xuống 18.2 kV. Quan sát đường đầu tiên ta thấy áp và dòng sơ cấp STATCOM là
dòng thay đổi từ dung sang cảm xấp xỉ một chu kì.
Cuối cùng ở t = 0.3 s áp nguồn đặt về gia trị định mức và điểm làm việc
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.) và đồng pha với điện áp sơ cấp. Dòng đang sớm pha hơn áp 90°; do vậy
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 khi điện áp DC tăng hoặc
giảm để thay đổi công suất phản kháng. Giá trị trạng thái ổn định của (0.50) là góc
lệch pha yêu cầu để duy trì tổn hao trào lưu công suất phản kháng nhỏ trong máy
biến áp bù và bộ chuyển đổi.
Thyristor-Based HVDC Link
Simpower-system
Page 228 of 545
Ví dụ trong phân này minh họa mô hình liên kết truyền dòng một chiều điện áp
cao (HVDC) dùng bộ chuyển đổi thyristor 12-xung [1]. Ứng dụng nhiễu loạn để
khảo sát sự thực hiện của hệ thống. Các đối tượng của ví dụ này là minh chứng
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
điều khiển tổng quát có sẵn trong thư viện Discrete Control Blocks của thư viện
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
Mở mô hình power_hvdc12pulse và lưu tên là case4.mdl để cho phép thay đổi
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 800 ở tần số cơ bản (60 Hz hoặc 50 Hz) và ở
sóng điều hòa bậc 3.
Bộ chỉnh lưu và nghịch lưu là bộ chuyển đổi 12-xung dùng 2 khối Universal
Bridge mắc nối tiếp. Mở hệ thống con 2 bộ chuyển đổi (khối Rectifier và khối
Inverter) để thấy cách xây dụng chúng. Nối bộ chuyển đổi qua đường dây 300-km
và điện kháng san bằng 0.5 H. Mô hình máy biến áp bộ chuyển đổi (Y0/Y/) với
khối máy biến áp 3 pha (3 cuộn dây). Không mô phỏng bộ chuyển đổi nấc phân áp
máy biến áp. Vị trí nấc phân áp đúng là xác định ở vị trí cố định bằng hệ số nhân
cung cấp cho điện áp định mức sơ cấp máy biến áp bộ chuyển đổi (0.90 bên phía
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
Dùng bộ lọc AC để ngăn cản dòng sóng hài bậc lẻ từ bên ngoài hệ thống AC.
Nhóm các bộ lọc vào 2 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 = 300, 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), or damped
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 = 50s. Một vài hệ thống bảo vệ có thời gian mẫu là 1 hoặc 2 ms.
Đáp ứng tần hệ thống AC và DC
Bây giờ bạn đo đáp ứng tần hệ thống AC (phía bộ chỉnh lưu và chuyển đổi) và
đường dây DC.
Phần Analyzing a Simple Circuit giải thích cách khối Impedance Measurement
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 Measurement vào mô 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
điện kháng chính xác. Mở 2 khối Impedance Measurement và đặt Multiplication
factor là 0.5. Cuối cùng nối đầu 1 khối ZDC giữa đầu cuối đường DC và điện
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 chứa impedance vs.
frequency. Nhấp nút Display.
Khi kết thúc tính toán, hiển thị biên độ và pha là hàm tần số đo bằng 3 khối
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
trong hệ thống 60 Hz. Cũng nên lưu ý rằng thêm bộ lọc dung 600 Mvar trong hệ
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 cho hệ thống 60 Hz, tương ứng với mức ngắn mạch hiệu quả là
5002/56.75 = 4405 MVA bên phải bộ chỉnh lưu (bộ lọc 5000 MVA - 600 Mvar).
Simpower-system
Page 231 of 545
Với đường dây DC, lưu ý cộng hưởng nối tiếp ở 240 Hz, which corresponds to
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
thể làm việc trong chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu. Ở nghịch lưu, dùng khối
Gamma Measurement và tìm thấy nó trong cùng thư viện. Dùng Look under mask
để xem cách xây dựng khối.
Hệ thống Master Control phát dòng quy chiếu cho 2 bộ chuyển đổi và khởi tạo
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 nhẹ hỏng chuyển mạch vì độ 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) là góc tắt quy chiếu (độ) . Để cực tiểu công suất phản kháng hấp
thụ, đặt quy chiếu ở góc cực tiểu chấp nhận được (ví dụ 180).
Cuối cùng, đầu vào 9 (D_alpha) là giá trị that is substracted from the delay
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
hạn bởi hàm VDCOL giải thích ở dưới). Đầu ra hứ 3 (Mode) là một chỉ thị trạng
thái thực chế độ điều khiển bộ chuyển đổi. Trạng thái cho bằng số (từ 0 đến 6) như
sau:
0 Blocked pulses
1 Current control
Simpower-system
Page 232 of 545
2 Voltage control
3 Alpha minimum limitation
4 Alpha maximum limitation
5 Forced or constant alpha
6 Gamma control
Synchronization and Firing System
Sự đồng bộ và sự phát sinh của 12 xung được trình diễn trong hệ thống điều
khiển 12-Pulse Firing. Dùng Look under mask dể xem trrạng thái của khối này
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 thế bởi
vì dạng sóng thì ít thay đổi. Một pha Locked Loop (PLL) được dùng dể tạo ra ba
điện áp đồng bộ trên các thành phần cơ bản của chuỗi điện áp dương.Xung máy
phát firing được đồng bộ để ba điện áp phát sinh bởi PLL.Ở ngược của điện áp
chuyển mạch (AB, BC, CA), ramp đựợc reset. Một xung firing được tạo ra bất kỳ
khi nào .Giá trị ramp trở nên bằng nhau để góc trể mong muốn tạo ra bởi bộ điều
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
định Id_ref, trong khi bộ nghịch lưu điều khiển điện áp hoặc gamma ở giá trị quy
chiếu Vd_ref hoặc Gamma_min. Định nghĩa các thông số Id_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 để mode đạt giá trị lớn nhất
và bộ biến đổi trong chế độ điều khiển dòng. Tương tự điện áp rơi trên hệ thống
AC cung cấp bộ biến đổi bắt buộc chế độ điều khiển chuyển sang điều chỉnh
Gamma để giới hạn góc min. Khả năng tự nhiên một phản ứng nhanh là chính
xác để tăng suất chuyển mạch và do đó làm giảm sự phân cực của chuyển mạch
không được thực hiện. The Commutation Failure Prevention Control subsystem
(xem khối Inverter protections) phát tín hiệu giảm giới hạn cực đại góc trễ trong
thời gian điện áp giảm (ví dụ, trong thời gian sự cố AC).
Lưu ý = extinction angle = 180º - - à , à = commutation or overlap
angle
VDCOL Function
Thực hiện một chức năng điều khiển quan trọng khác để thay đổi dòng quy chiếu
tùy thuộc giá trị DC. Điều khiển này, tên là Voltage Dependent Current Order
Limiter (VDCOL), tự động giảm điểm đặt dòng quy chiếu (Id_ref) khi VdL giảm
(ví dụ, trong thờI gian sự cố đường dây DC hoặc sự cố AC nghiêm trọng). Giảm
dòng quy chiếu Id là cũng giảm công suất phản kháng yêu cầu trên hệ thống AC,
helping to recover from fault. Giải thích thông số VDCOL hộp hội thoại khối
Discrete HVDC Control như sơ đồ sau:
VDCOL Characteristic; Id_ref = f(VdL)
Giá trị Id_ref bắt đầu giảm khi áp đường dây Vd giảm thấp hơn gia trị ngưỡng
VdThresh (0.6 p.u.). Các bộ điều khiển dùng dòng quy chiếu thực có ở đầu ra bộ
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
tăng Id_ref với hằng số thời gian định nghĩa bởi thông số Tup (80 ms trong ví dụ
trên).
Simpower-system
Page 234 of 545
Current, Voltage, and Gamma Regulators
Cả 2 bộ chỉnh lưu và nghịch lưu điều khiển có dòng máy điều chỉnh calculating
firing i. Ở bộ nghịch lưu làm việc song song với bộ điều chỉnh dòng là điện thế
and/or gamma máy điều chỉnh góc lệch v and/or g calculating firing. Hiệu quả
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
nên có hệ số đủ cao cho tần số thấp (<10 Hz) để di trì dòng , áp hoặc đáp ứng
gamma bàng với dòng quy chiếu (Id_ref_lim), áp quy chiếu (Vd_ref), hoặc gamma
quy chiếu (Gamma min), dài bằng thì trong vòng giới hạn lớn nhất hay nhỏ nhất
(5º < < 166º cho bộ chỉnh lưu , 92º < < 166º cho bộ nghịch lưu). Như đã trình
bày ở trước, 1 tín hiệu (D_alpha) nhận từ bảo vệ Commutation Failure
Prevention có thể tạm thời giảm xuống giới hạn 166º ở bộ nghịch lưu. Điều chỉnh
độ lợi bộ điều chỉnh Kp và Ki during small perturbations in the reference. Sử dụng
các độ lợi sau:
Current regulator Kp = 45 deg/p.u. Ki = 4500 deg/p.u./s
Voltage regulator Kp = 35 deg/p.u. Ki = 2250 deg/p.u./s
Gamma regulator Kp = 1 deg/deg Ki = 20 deg/deg/s
Đặc tính khác của bộ điều chỉnh là sự tuyến tính hóa độ lợi cân xứng. Như là điện
áp Vd do bộ chỉnh lưu và nghịch lưu phát là cân xứng với cos( ), sự thay đổi Vd
là nguyên nhân thay đổi cân xứng với sin( ). Với hằng số Kp, độ lợi là hiệu
quả do đó cân xứng với sin( ). Để giữ độ lợi cân xứng hằng, tùy thuộc giá trị ,
tuyến tính hóa độ lợi bằng hằng số nhân Kp bằng 1/sin( ). Cung cấp sự tuyến tính
hóa này cho dải xác định bởi 2 giới hạn cụ thể trong hộp hội thoại.
System Startup/Stop - Steady State and Step Response
Lưu ý hệ thống là gián đoạn, dùng thời gian mẫu Ts = 50e-6 s.
Chương trình hóa hệ thống để khởi động và đạt trạng thái ổn định. Bước đầu tiên
cung cấp cho dòng quy chiếu và sau cùng cho điện áp quy chiếu vì vậy bạn có thể
quan sát đáp ứng động của bộ điều chỉnh. Cuối cùng, khởi tạo thứ tự dừng để chuổi
dừng bắt đầu để mang năng lượng truyền một cách trôi chảy xuống dưới khối bộ
chuyển đổi.Chú ý bộ chuyển đổi điều khiển ở đó sau sự tiếp nhận của tín hiệu dừng
một Forced_alpha được ngăn nắp cho 150 s và 0.1 s sau khối của xung được làm
ngăn nắp.
Khởi động mô phỏng và quan sát tín hiệu trên scope Rectifier and Inverter. Dạng
sóng sinh ra như sau:
Simpower-system
Page 235 of 545
Simpower-system
Page 236 of 545
Figure 5-10: Startup/Stop of the DC System and Step Applied on the
Current and Voltage Reference
Trong Master Control, xung của bộ chuyển đổi máy phát đựợc blocked và công
suất truyền bắt đầu bởi độ dốc dòng qui chiếu ở t = 20 ms. Mức độ qui chiếu đạt
được giá trị lớn nhất của 0.1 p.u. in 0.3 s.Quan sát ở đó dòng một chiều bắt đầu
được xây dựng và đường dây DC được mang tên điện áp của nó. ở t = 0.4 s, dòng
qui chiếu thay đổi từ 1 p.u. (2 kA) in 0.18 s (5 p.u./s). Dòng một chiều thu được ở
trạng thái tĩnh sự kết thúc của chuổi bắt đầu tương ứng 0.58 s. Bộ chỉnh lưu điều
khiển dòng và bộ nghịch lưu điều khiển áp. Đường 1 2 scope Rectifier và Inverter
đưa ra áp đường dây DC (1 p.u. = 500 kV). Ở bộ nghịch lưu, điện áp qui chiếu cũng
được chỉ ra. Đường 2 đưa ra dòng quy chiếu và dòng Id đo (1 p.u. = 2 kA). Suốt độ
dốc bộ chỉnh lưu là thực tế điều khiển dòng điện (Đường 4: Mode = 1) dể giá trị của
Id_ref_lim ít hơn dòng Margin (0.1 p.u.) và bô chỉnh lưu cố gắn để điều khiển dòng
ở Id_ref_lim. Ở bộ nghịch lưu, chế độ điều khiển tahy đổi áp điều khiển (Mode = 2)
ở t = 0.3 s và bộ chỉnh lưu trở nên hiệu quả trong điều kiển dòng. Ở trạng thái ổn
định (đo t giữa 1.3 và 1.4 s), góc mở quanh 16.50 và 143
0 tương ứng ở phía bộ
chỉnh lưu và bộ nghịch lưu. Ở bộ nghịch lưu, 2 khối Gamma Measurement đo góc
đóng cho mỗi thyristor 2 cầu 6-xung (nghĩa là cầu nối Y và ) bởi sự xác định
Simpower-system
Page 237 of 545
elapsed time chỉ rỏ trong mức độ điện từ sự kêt thúc của sự dẫn dòng the zero
crossing của diện áp đão mạch. Gía trị nhỏ nhất của 12 thì được chỉ ra trong 5
vạch dài với Gamma qui chiếu. Trong trạng thái tĩnh giá trị nhỏ nhất là quanh 22
độ.
ở t = 0.7 s, bước nhảy a -0.2 p.u. được cấp trong suốt 0.1 s để dòng qui chiếu
cũng vớI cách làm đó bạn có thể quan sát hiệu ứng động của máy điều chỉnh. Sau
đố ở t = 1.0 s, bước nhảy -0.1 p.u. dược cấp suốt 0.1 s ở điện áp bộ nghịch lưu qui
chiếu. Cũng với quan sát đó ở bộ nghịch lưu góc thừa mất đi lớn hơn giá trị qui
chiếu (e.g., giá trị thừa nhận nhỏ nhất ) và theo cách đó Gamma máy điều chỉnh
không bao giờ đùa điều khiển từ khi ngăn cản v nhỏ hơn sau g.
Ở t = 1.4 s chuổi dừng được bắt đầu bởi ramping down the current to 0.1 pu. Ở t
= 1.6 s a Forced-alpha (to 166 deg) ở bộ chỉnh lưu làm tắt dòng và ở bộ nghịch lưu
Forced-alpha (to 92 deg vớI khoảng giớI hạn ) manh xuống điện áp một chiều giảm
đến vật mang trapped trong đường dây điện dung. Ở t = 1.7 s xung được làm mẫu
cho cả hai bộ chuyển đổi.
Comparison of Theory and Simulation Results in Steady State
Hệ số tương đương chính trạng thái tĩnh hoạt động của hệ thống DC được cho ở
đây vớI kết quả đó bạn có thể so sánh giá trị lý thuyết với kết qủa sự mô phỏng.
Sự liên kết chỉ rỏ bên dướI cío nghĩa là chiều điện áp Vd của cầu 12-pulse đến
chiều dòng điện Id và góc firing (bỏ qua tổn thất ohmic trong may biến áp và
thyristors):
Ở đó Vdo là hướng điện áp không tải lí tưởng cho cầu six-pulse bridge:
Vc là điện áp tính toán RMS dây-dây phụ thuộc điện áp hệ thống AC và tỉ số máy
biến áp.
Rc là điện trở tính toán đẳng trị.
Xc là điện kháng tính toán hoặc điện kháng máy biến áp liên quan đến phía valve.
Tham số bộ chỉnh lưu bên dưới đẫ được sử dụng trong trình mô phỏng.
Điện áp Vc phải đưa vào trong tính toán giá trị hiêu quả của điện áp trên 500 kV
bus và số truyền máy biến áp. Nếu bạn xem dạng sóng hiển thị trên scope
AC_RECTIFIER, bạn thấy 0.96 p.u. khi dòng 1 chiều Id đạt đến trạng thái ổn định
(1 p.u.).
Nếu bạn mở hộp hội thoại máy biến áp bộ chỉnh lưu bạn thấy hệ số nhân thời gain
0.90 cung cấp cho điện áp định mức sơ cấp. The voltage applied to the inverter is
therefore boosted by a factor of 1/0.90.
Vc = 0.96 * 200 kV/0.90 = 213.3 kV
Id = 2 kA
= 16.5º
Xc = 0.24 p.u., based on 1200 MVA and 222.2 kV = 9.874
Simpower-system
Page 238 of 545
Do đó, t
Điện áp lý thuyết khá tương ứng với điện áp bộ chỉnh lưu tính toán từ điện áp bộ
nghịch lưu và điện áp rơi trên đường dây DC (R = 4.5 ) và trong điện kháng san
bằng bộ chỉnh lưu (R = 1 ):
Sự đão mạch hay góc xếp chồng cũng được tính toán. Giá trị lý thuyết phụ thuộc
vào , dòng DC Id, và điện kháng chuyển mạch Xc.
Bây giờ kiểm tra góc chuyển mạch bằng cách quan sát dòng ở 2 giá trị , ví dụ,
dòng tắt trong giá trị 1 và dòng xây dựng trong giá trị 3 của cầu Y six-pulse bridge
bộ chỉnh lưu.Những tín hiêu này thay đổi trong VALVE13_RECT scope.
Dạng sóng minh họa 2 chu kì như trong hình vẽ sau. Đo góc đão mạch là 14
steps của 50 s hay 15.1º của một giai doạn 60 Hz Phân tích với một bước nhảy
thời gian 50 s là 1.1º; góc này so sánh tốt hợp lí với giá trị lý thuyết
Simpower-system
Page 239 of 545
Figure 5-11: Valve Voltage and Currents (Commutation from Valve 1 to
Valve 3)
Cuối cùng để hợp lý đo lường ở bộ biến đổi, quan sát điện áp valve 1 và dòng
trên scope VALVE1_INV. Cũng như vậy quan sát điện áp tính toán tương ứng đến
the outgoing valve 1 để làm tắt và giá trị có ý nghĩa của giống như hướng dẫn ở
Figure 5-12. Cũng với cách kiểm tra đó giá trị của và cộng thêm lên đến180º.
Simpower-system
Page 240 of 545
Figure 5-12: Current and Commutation Voltage of Valve 1 Showing
DC Line Fault
Bước nhảy không hoạt động cấp trên dòng qui chiếu và điện áp qui chiếu trong
Master Control và trong Inverter Control and Protection tương ứng bằng cách đạt
khóa chuyển mạch ở vị trí thấp nhất. Trong khối DC Fault, thay đổi hệ số nhân từ
100 xuống 1, vì vậy cung cấp sự cố bây ở t = 0.7 s. Giảm thời gian Simulation Stop
là 1.4 s. Mở scope RECTIFIER cũng như scope FAULT để quan sát dòng sự cố và
scope PROTECTION RECTIFIER để quan sát bảo vệ sự cố DC làm việc. Khởi
động lại mô phỏng.
Simpower-system
Page 241 of 545
Simpower-system
Page 242 of 545
Figure 5-13: DC Line Fault on the Rectifier Side
Thực tế mặt định (t = 0.7 s), dòng DC tăng đến 2.2 p.u. và điện áp DC giảm đến 0
ở bộ chỉnh lưu. Điện áp drop này được nhình thấy bởI Voltage Dependent Current
Order Limiter (VDCOL) và sự bảo vệ DC hư hỏng . The VDCOL làm giảm dòng
qui chiếu đến 0.3 p.u. ở bộ chỉnh lưu. Dòng một chiều vẫn tiếp tục để lưu thông
trong hư hỏng. Sau đó ở t = 0.77 s góc firing bộ chỉnh lưu bị ép đến 166 độ bởi
the DC Fault protection sau khi phát hiện một điện áp thấp DC. Bây giờ bộ chỉnh
lưu hoat động trong mô hình inverter mode. Dây điện áp DC trở nên âm và năng
lượng tích trữ trên đường dây trở lại hệ thống AC , nguyên nhân dập tắt nhanh
chóng của dòng hư hỏng ở giá trị 0 băng qua tiếp theo của nó. Sau đó được giảI
thoát ở t = 0.82 s và điện áp và dòng bình thường thu được recover in
approximately 0.5 s. Notice, the temporary mode change in the Rectifier controls
between 1.18 s and 1.25 s.
AC Line-to-Ground Fault at the Inverter
Bây giờ giảm thời gian fault để cấp đường dây đến đất fault. Trong khối DC
Fault block, thay đổi hệ số multiplication khoảng từ 1 đến 100, kết quả điều đó DC
fault bây giờ được loại trừ. Trong khối A-G Fault block, thay đổi hệ số
multiplication thời gian chuyển mạch đến 1, kết quả điều đó six-cycle line-to-
ground fault thì bây giờ được cấp ở t = 0.7 s trong bộ chuyển đổi. KhởI động trình
mô phỏng.
Simpower-system
Page 243 of 545
Simpower-system
Page 244 of 545
Figure 5-14: Rectifier, Inverter Signals for an AC Line Fault on Inverter
Side
Simpower-system
Page 245 of 545
Figure 5-15: Voltages and Currents on the 50 Hz Side for an AC Line Fault
on the Inverter Side
Chú ý dao động 120 Hz trong điện thế và dòng DC suốt fault. Một sự chuyển
mạch tất yếu không mong đợi xẩy ra trong inverter ở lúc bắt đầu của fault và dòng
DC tăng đến 2 p.u. Khi fault được xóa ở t = 0.8 s, VDCOL hoạt động và giảm dòng
qui chiếu đến 0.3 p.u. Hệ thống thu đượctrong phép tính gần đúng 0.35 s sau khi
xóa fault.
Nhìn ở dạng sóng trình bày trên PROTECTION INVERTER scope. Khối The
Low AC Voltage block tìm ra fault và chốt DC Fault bảo vệ DC fault bằng phẳng
nếu vớI đường dây điện áp DC. Nhìn ở the Commutation Failure Prevention
Control (CFPREV) đầu ra (A_min_I) nó giảm xuống giới hạn góc trể để làm tăng
suất chuyển mạch và sau fault.
Ây giờ mởe hộp thoại của khối CFPREV định vị bên trong the Inverter
Protections subsystem và làm cho không hoạt động the CFPREV protection bởi
loại trừ "ON State." Khởi động trình mô phỏng. Chú ý ở đó chuyển mạch thứ hai
không mong đợi xuất hiện trong suốt fault (ở thời gian t xung quanh 0.775 s). Một
đão mạch không mong đợi là kết quả không mong đợi của giá trị chỉ định để đưa
lên trên hướng dòng điện trước điện áp chuyển mạch trái ngược với sự phân cực của
Simpower-system
Page 246 of 545
nó. Dấu hiệu là giá trị 0 điện áp DC băng qua cầu affected là nguyên nhân làm tăng
dòng DC ở một tỉ lệ định trước bởI mạch điện cảm DC.
Sách tham khảo.
[1] Arrilaga, J., High Voltage Direct Current Transmission, IEEE Power
Engineering Series 6, Peter Peregrinus, Ltd., 1983.
[2] Lidong Zhang, Lars Dofnas, "A Novel Method to Mitigate Commutation
Failures in HVDC Systems," Proceedings PowerCon 2002. International
Conference on, Volume: 1, 13-17 Oct. 2002, pp. 51 -56.
VSC-Based HVDC Link
Tỉ lệ tăng và cải tiến trình chiếu của self-commutated thiết bị bán dẫn đã làm hợp
lí điện áp cao DC (HVDC) sự truyền làm cơ sở trên điện áp nguồn bo chuển đổi
(VSC). Hai yêu cầu kĩ thuật do nhà sản xuất HVDC Lightđ [1] và the HVDCplusđ
[2].
Ví dụ sự rời rạc hóa trong mô hình minh họa của a forced-commutated Voltage-
Sourced Converter high-voltage hướng dòng điện (VSC-HVDC) đường truyền .
Mục đích của ví dụ này là để giả thích cho việc dùng khối SimPowerSystems trong
trình mô phỏng của đường truyền cơ sở HVDC trên three-level Neutral Point
Clamped (NPC) bộ chuyển đổi VSC với vật mang đơn pha làm cơ sở xung hình sin
điều biến chuyển mạch (SPWM). Perturbations được cấp để kiểm tra trình chiếu
động của hệ thống.
Description of the HVDC Link
Đặc điểm chủ yếu của hệ thống truyền VSC-HVDC là khả năng của nó để không
phụ thuộc điều khiển công suất tác dụng và công suất thực chảy ở mỗi hệ thống AC
để nó được kết nối , ở điểm của cặp phổ biến (PCC). Trong sự trái ngược để line-
commutated HVDC transmission, sự phân cực của điện áp DC chủ yếu giống với
dòng đã đổi chiều để thay đổi hướng chảy của công suất.
Đường HVDC rờI rạc trong ví dụ này thì thay đổi trong mô hình
power_hvdc_vsc. Tải mô hình này và lưu nó trong thư mục làm việc của bạn
case5.mdl để cho phép thay đổi nhiều hơn đến hệ thống gốc. Mô hình này chỉ ra
trong lược đồ Figure 5-16 đề nghị một mức 200 MVA, +/- 100 kV VSC-HVDC
đường truyền.
Figure 5-16: VSC-HVDC Transmission System Model
Simpower-system
Page 247 of 545
Với điện áp hệ thống 230 kV và công suất 2000 MVA AC (AC hệ thống phụ 1
và hệ thống phụ 2) được làm mẫu bởi mạch hãm L-R tương đương với một góc lệch
80 độ ở tần số cơ sở (50 Hz) và ở ba hàm điều hòa. Bộ chuyển đổi VSC là khối cầu
three-level bridge dùng để đóng mô hình chuyển mạch lí tưởng IGBT/diodes. Làm
giảm mối liên hệ với nó IGBT có thể được điều khiển và sự thích hợp của nó đốI
với chuyển mạch tần số cao, đã làm thiết bị này tôt hơn lựa chọn GTO và thyristors.
Mở hệ thống phụ Station 1 và Station 2 để xem cách thức chúng được xây dựng.
Một máy biến áp chuyển đổi (Wye grounded /Delta) được sử dụng để giới hạn
phép biến đổi điện áp tối ưu. Hiện tại khối lắp ráp cuộn dây điều hòa tạo ra bởi bộ
chuyển đổi. Tap thay đổi máy biến áp hay sự tù hóa không được mô phỏng. Vị trí
tap thì khá hơn ở vị trí nén chỉ rỏ bởi hệ số multiplication cấp đến tên điện áp sơ
cấp của máy biến áp chuyển đổi.Hệ số multiplication lựa chọn để có một chỉ số
điều biến quanh 0.85 (số truyền máy biến áp 0.915 trên phía chỉnh lưu và 1.015 trên
phía nhgịch lưu). Reactor bộ chuyển đổi và khe hở điện cảm máy biến áp giới hạn
điện áp đầu ra để đổi pha và biên độ của chi tiết cụ thể đến hệ thống AC và cho
phép điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng đầu ra.
Để gặp sự chỉ rỏ hệ thống hàm điều hòa AC, khung bộ lọc AC một phần chủ yếu
của sơ đồ. Bạn có thể nối yếu tố thay đổi bên phía hệ thống AC hay bên phía bộ
chuyển đổi của máy biến áp chuyển đổi. Hi đó thì chỉ có hàm điều hòa tần số cao, đi
qua bộ lọc do đó mốI liên hệ nhỏ so sánh với giá trị bô chuyển đổi. Nó thì có khả
năng với bộ lọc pass-filter cao và không hòa hợp với tuned filters thì cần. Sắp xếp
sau dùng trong mô hình của chúng ta và reactor bô chuyển đổi, thiết bị lõi khí, tần
số chủ yếu riêng biệt (bộ lọc bus) từ sóng không cân bằng PWM (bus chuyển đổi).
Hàm điều hòa AC generation [4] thì phụ thuộc chủ yếu trên:
Loại của điều biến (e.g. vật mang cơ sở một pha hay ba pha, không
gian vector, etc.)
Tần số chỉ dẫn p = tần số mang / tần số máy điều biến (e.g. p =
1350/50 = 27)
Chỉ số điều biến m = điện áp đầu ra chủ yếu của bộ chuyển đổI / cực
đén cực điện áp DC.
Hàm điều hòa điện áp chủ yếu được tạo ra ở quanh bôi số của p. Bộ lọc shunt AC
thì 27th và 54th cao vượt qua tổng cộng 40 Mvar. Để minh họa cho hoạt động bộ
lọc chúng ta đã phân tích FFT trong trạng thái tĩnh của điện áp pha chuyển đổi pha
A và điện áp bộ lọc pha A, dùng khối Powergui block. Kết quả được chỉ ra trong
Figure 5-17.
Simpower-system
Page 248 of 545
Figure 5-17: Phase A Voltage and FFT Analysis. (a) Converter Bus (b) Filter
Bus
Tụ điện chứa DC thì nối đến VSC cuối cùng. Chúng có tác dụng ở hệ thống động
và sóng điện áp ben phía DC. Kích thước của tụ điện được định nghĩa bởi hằng số
thời gian tương ứng đến thời gian để nạp vào tụ điện áp cơ sở (100 kV) nếu nó
thay đổi với dòng cơ sở (1 kA). Lượng này = C ã Zbase = 70e-6 ã 100 = 7 ms
Với Zbase = 100kV/1 kA
Phía bộ lọc DC tần số cao được hòa hợp đến hàm điều hòa 3rd, i.e. chính hàm
điều hòa hiện tại trong điện áp cực dương và cực âm. Nó thì được chỉ ra ở đó dòng
tác dụng của bộ chuyển đổi tạo ra một mốI liên hệ lớn với ba hàm điều hòa trong cả
hai điện áp cực dương và cực âm [3] nhưng không nằm trong tổng điện áp. Hàm
điều hòa DC cũng có thể là chuổi điều hòa 0 (bội số dư 3) đưa đến phía DC (e.g.
xuyên qua bộ lọc AC). Một smoothing reactor nối nối tiếp ở mỗi cực cuối cùng.
Để giữ sự cân bằng phía, mức độ khác nhau giữa các cực điện thế đẫ được điều
khiển và giữ ở o(nhìn ở khối DC Voltage Balance Control block trong khối bộ
điều khiển VSC).
Bộ chỉnh lưu và nghịch lưu được nối liền bằng đường dây cáp 75 km (2 pi
sections). Sử dụng cáp ngầm là loạI dùng cho đường dây VSC-HVDC. Một mạch
khóa được dùng để cấp ba pha xuống đất trên phía bộ nghịch lưu AC. Khối Three-
Phase Programmable Voltage Source blockđược dùng trong hệ thống khu vực 1
để cấp sụt áp.
VSC Control System
Figure 5-18 chỉ một biểu đồ tổng quát của hệ thống điều khiển và giao diện của
nó vớI mạch chính [3].
Simpower-system
Page 249 of 545
Figure 5-18: Overview of the Control System of a VSC Converter and
Interface to the Main Circuit
Bộ chuyển đổi 1 Bộ chuyển đổi 2 thiết kế bộ điều khiển được dentical. Hai bộ
điều khiển thì không lệ thuộc với tin tức giữa chúng. Mỗi bộ chuyển đổi có hai mức
độ tự do. Trong trường hợp của chúng ta chúng được sử dụng để điều khiển :
P và Q trong khu vực (bộ chỉnh lưu).
Udc và Q trong khu vực 2 (bộ nghịch lưu).
Điều khiển điện áp AC cũng sẽ được chấp nhận để thay thế Q. Sự cần thiết thêm
máy điều chỉnh nó không phảI thực hgiện trong mô hình chúng ta.
Khối lược đồ mức độ cao của mô hình điều khiển rời rạc VSC Simulink chỉ ra ở
lược đồ Figure 5-19.
Simpower-system
Page 250 of 545
Figure 5-19: High Level Block Diagram of the Discrete VSC Controller
Mở hệ thống điều khiển phụ VSC để xem chi tiết.
Thời gian lấy mẫu của mô hình máy điều khiển (Ts_Control) là 74.06 às, nó là 10
lần thời gian lấy mẫu. Sự chậm trễ được lựa chọn đến một trăm của thời kì PWM
carrier (i.e. 0.01/1350 s) cho một trình mô phỏng rỏ ràng có thể chấp nhận được.
Yếu tố công suất, bộ lọc anti-aliasing và khốI máy phát PWM dùng thời gian lấy
mẫu chủ yếu (Ts_Power) of 7.406 às. Mô hình không đồng bộ của sự hoạt động thi
được chọn cho mô hình của chúng ta.
Tên dòng và áp lấy mẫu (in p.u.) được tạo ra đến bộ điều khiển.
Khối The Clark Transformations bbiến đổI lượng ba pha sang không gian
vector cấu thành và (phần thực và phần ảo). Các tín hiệu đo lường (U và I) bên
phía sơ cấp quay quanh bởi ±pi/6 theo đến máy biíen áp kết nối (YD11 hay YD1)
có khung qui chiếu giống nhau với tín hiệu đo bên phía thứ cấp của máy biến áp
(xem khối CLARK YD).
Khối The dq transformations block tính toán chính xác trục "d" và lượng bậc
hai trục "q" (hai trục nằm trong khung qui chiếu ) từ và .
Khối The Signal Calculations block tính toán và bộ oc khối lượng sử dụng bởI
máy điều khiển (e.g. công suất phản kháng và tác dụng, chỉ số điều biến dòng điện
và điện áp DC , etc.).
Phase Locked Loop (PLL)
Khối The Phase Locked Loop block đo tần số hệ thống và tao ra góc pha đồng
bộ (chính xác hơn [sin( ), cos( )]) cho khối the dq Transformations block.
Trong trạng thái tĩnh, sin( ) thì trong pha chủ yếu (chuổi dương) thành phần và
pha A của điện thế PCC (Uabc).
Outer Active and Reactive Power and Voltage Loop
Simpower-system
Page 251 of 545
Công suất tác dụng và phản kháng, điện áp loop chứa outer loop máy điều chỉnh
đó tính toán giá trị qui chiếu của vector dòng bộ chuyển đổi (Iref_dq) nó là đầu vào
đến bên trong dòng loop. Mô hình điều khiển là : trong trục "d" , giống công suất
tác dụng chảy qua PCC hay cực đến cực điện áp DC ; trong trục "q" , công suấtphản
kháng chảy qua PCC. Chú ý ở đó nó cũng sẽ được định vị để cộng thêm mô hình
điều khiển điện thế ở trục "q". Hàm chủ yếu của công suất tác dụng và phản kháng
và điện áp loop được rời rạc hóa bên dưới.
KhốI The Reactive Power Control regulator block phối hợp điều khiển PI vớI
feedforward control để àm tăng tốc độ phản ứng. Để cho phép máy tích phân wind-
up đi sau hành động được dẫn ra : lỗi được xóa về zero, khi đo điện áp PCC thì ít
hơn sau giá trị hằng số (i.e. trong suốt AC perturbation); khi đầu ra máy điều chỉnh
được giới hạn , lỗi giới hạn được cấp sau vớI kí hiệu bên phải, đến đầu vào máy
điều chỉnh. Khối The AC Voltage control override block, cơ sở trên hai máy điều
chỉnh PI, sẽ quan trọng với máy điều chỉnh công suất tác dụng đến điện áp PCC AC
chủ yếu trong phạm vi bảo đảm, đậc biêt ở trạng thái tĩnh.
Khối The Active Power Control block thì giống với khối the Reactive Power
Contro block. Khối The extra Ramping block độ dốc bậc công suất đi đến giá trị
mong muốn với sự điều chỉnh giá trị khi điều khiển là de-blocked. Giá trị ramped
được điều chỉnh về 0 khi bộ chuển đổi làm mẫu. khối The DC Voltage control
override block, làm cơ sở cho hai máy điều chỉnh PI, sẽ à quan trong hơn máy điều
chỉnh công suất tác dụng đến điện áp chủ yếu DC nằm trong giá trị cho phép, đậc
biệt suốt perturbation trong hệ thống AC của khu vực điều khiển điện áp DC.
Khối The DC Voltage Control regulator block dùng máy điều chỉnh PI. Khối
thì có tác dụng khi khối the Active Power Control block bị làm mất tác dụng.
Khối đầu ra là giá trị qui chiếu, cho thành phần "d" của vector dòng bộ chuyển đổi,
cho khối the Current Reference Limitation block.
Khối Current Reference Calculation chuyển đổi công suất tác dụng và phản
kháng, tính toán bằng bộ điều khiển P và Q, để dòng quy chiếu tùy thuộc vào điện
áp đo (space vector) ở nút lọc. dòng qui chiếu được ước lượng bởi sự phân chia
công suất qui chiếu bởi điện áp(trên giá trị điện áp đạt trước nhỏ nhất).
Vector dòng qui chiếu được giới hạn ở giá trị nhỏ nhất có thể chấp nhận được
(i.e. lượng không phụ thuộc) bởi khối the Current Reference Limitation block.
trong mẫu công suất điều khiển, mức độ cung cấp công suất tác dụng và công suất
phản kháng qui chiếu khi giới hạn được lợi dụng. Trong mẫu điều khiển điện áp
DC, ưu tiên cao hơn được cho đến công suất tác dụng khi giới hạn được lợi dụng
cho điều khiển hiêu quả điện áp.
Inner Current Loop
Chức năng chính khối Inner Current Loop trình bày ơt dưới.
Khối The AC Current Control block làm dấu vector dòng qui chiếu (thành
phần "d" và "q" ) cấp theo hướng phối hợp để thu được sự điều khiển nhanh dòng
điện ở tải thay đổi và phân phối (e.g. so short-circuit faults không vượt qua giá trị
qui chiếu) [3] [5] [6]. Trong tính chất nó bao gồm vector điện áp biết đến U_dq và
tính toán những cái mà điện áp bộ chuyển đổi có được, bằng việc cộng thêm điện áp
drops giảm để dòng chảy qua điện cảm giữa U và điện áp PWM-VSC. Trạng thái
động chỉ ra của dòng VSC được dùng (tương ứng được làm sự bỏ qua bộ lọc AC
Simpower-system
Page 252 of 545
filters). Thành phần "d" và "q" không được bắt cặp components are decoupled để
thu được hai mô hình độc lập first-order. Một phép tích phân tương ứng (PI) cu7ng
cấp lại dòng bô chuyển đổi được sử dụng làm giảm lỗi đến 0 trong trạng thái tĩnh.
Đầu ra của khối the AC Current Control block là vector điện áp vô hạn
Vref_dq_tmp.
Khối Reference Voltage Conditioning đưa vào trong tính toán điện áp thực tế và
gái trị lớn nhất khe hở theo lý thuyết của điện áp pha cầu chủ yếu trong mối liên hệ
với điện áp DC để tạo ra điện áp qui chiếu mới khách quan. Trong mô hình của
chúng ta (i.e. a three-level NPC với vật mang cơ bản PWM), tỉ lệ giữa điện áp đỉnh
lớn nhất pha cơ sở và tổng điện áp DC (i.e. cho chỉ số điều biến f 1) là
= 0.816. bằng sự lựa chọn tên điện áp dây 100 kV bus cuộn dây thứ cấp máy biến
áp và tên điện áp DC tổng 200 kV tên chỉ số điều biến sẽ được 0.816. Trong lý
thuyết bộ chuyển đổi cần đến để phát sinh lên đến 1/0.816 hay 1.23 p.u. khi chỉ số
điều biến là một lựợng đến 1. Điện áp dư này là quan trọng hco việc phát sing có ý
nghĩa dòng điện dung (i.e. một công suất phản kháng chảy đên hệ thống AC ).
Khối Reference Voltage Limitation giới hạn biên độ vectơ điện áp quy chiếu là
1.0, since over modulation is not desired.
Yêu cầu khối truyền thông tin Inverse dq and Inverse Clark để phát điện áp quy
chiếu 3 pha đến PWM.
DC Voltage Balance Control
Khối The DC Voltage Balance Control có thể có tác dụng hay mất tác dụng. Sự
khác nhau giữa điện áp phía DC (dương và âm) được điều khiển và giữ cân bằng
cầu ba pha phía DC (i.e. lượng điện thế cực) trong trạng thái tĩnh. Chênh lệch nhỏ
giữa điện thế cực có thể xuất hiện ở sự thay đổi active/reactive dòng bộ chuyển đổi
hay làm giảm không tuyến tính trên sự thiếu chính xác trong khi thực hiện của cầu
điện áp điều biến độ rông xung. Hơn nữa chênh lệch giữa điện áp cực có thể thích
đán với sự hông cân bằng cố hữu giữa điện áp cực trong cấu trúc mạch điện cảm.
Điểm giữa dòng DC Id0 được xác định rỏ sự khác nhau Ud0 giữa điện áp cao và
điện áp thấp (Figure 5-20)
.
Figure 5-20: DC Voltages and Currents of the Three-Level Bridge
Bằng sự thay đổi điều kiện thời gian của chuyển mạch trong một cực nó thì được
xác định để thay đổi giá trị trung bình của điểm giữa dòng Id0 và bằng cách ấy điều
khiển sự khác nahu của điện áp Ud0. cho ví dụ một sự khác dương (Ud0 0) có thể
Simpower-system
Page 253 of 545
làm giảm xuống 0 nếu biên độ của điện áp qui chiếu nó phát sinh ra dòng điểm giữa
dương được tăng lên ở các khoảng thời gian giống nhau giống biên độ của điện áp
qui chiếu nó phát sinh ra dòng điểm giữa âm DC bi giảm xuống. Việc này được àm
bởi các thành phần đền bù để điện áp qui chiêu hình sin. Do đó cầu điện áp trở nên
biến dạng và để giới hạn hiêu dụng biến dạng điều khiển có thể là chậm. cuối cùng
cho một trình diễn tốt hơn hàm này nên được hoạt động trong khu vực điều khiển
điện áp.
Dynamic Performance
Trong phần tiếp theo, trình diễn động của hệ thống truyền kiểm tra lại bởi trình
mô phỏng và quan sát.
Hiệu ứng động để bước nhảy thay đổi cấp đến máy điều chỉnh qui
chiếu đặc biệt, giống công suất và điện áp tác dụng và phản kháng.
Khôi phục lại từ màn hình severe perturbations trong hệ thống AC.
Cho sự giải thích toàn diện của thủ tục bên dưới thu được những kết quả và nhiều
hơn qui về đến khối the Model Information block.
System Startup - Steady State and Step Response
Dạng sóng chính từ scope như ở hình dưới.
Startup and P & Q Step Responses in Station 1
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 370 Hz là vì
thông số đường dây phân phối 600 km. Cả 3 chế độ là giống nhau ở điểm laọi trừ sự cố.
Simpower-system
Page 254 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 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
Cấu hình các máy cắt trạm biến áp thông thường cho phép xóa bỏ sự cố ở nút 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:
3. 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.
4. Mở khối Three-Phase Fault và thực hiện thay đổi sau trong hộp hội 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)
2. Bây giờ bạn có một chương trình đã được lập trình sẵn ba pha với đất cấp ở
thờI gian t= 2 chu kì.
4. mở hộp hội thoại máy cắt CB1 và CB2 và thực hiện những thay đổi sau:
Switching of Phase A Not selected
Switching of Phase B Not selected
Switching of Phase C Not selected
2. Máy cắt không thay đổi vị trí. Chúng ở trạng thái ban đầu (đóng).
6. Trong hệ thống thư thập dữ liệu (Data Acquisition subsystem), chèn khối
Selector (từ thư viện Simulink Signals & Systems) ở đầu ra Vabc_B2 nút B2 nối
với scope. Đặt thông số Elements là 1. Điều này cho phép bạn thấy áp pha A rõ
ràng trên scope.
7. Bây giờ thêm khối để đọc từ thông và dòng từ hóa máy biến áp bảo hòa nối
ơ nút B2.
2. 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.
8. 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.
9. ITrong hợp hội thoại Simulation --> Simulation parameters, thay đổi thời
gian dừng là 0.5. Sự mô phỏng với thời gian chậm cho phép bạn 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 255 of 545
Kết quả mô phỏng 3 chu kì sự cố 3 pha-đất ở nút B2
Simpower-system
Page 256 of 545
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 hóa
máy biến áp xuất hiện khi từ thông vượt quá mức bảo hòa. Dòng này chứa thành phần điện
kháng 60 Hz biến 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. SVC là
thiết bị shunt của họ Flexible AC Transmission Systems (FACTS) dùng điện tử công suất.
Nó điều chỉnh điện áp bằng cách phát hoạc hấp thụ công suất phản kháng. Nếu bạn không
quen SVC, vui lòng xem tải liệu khối Static Var 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 giản
có thể mô phỏng bất kì tôpô SVC nào. Bạn có thể dùng nó với tùy chọn mô phỏng phasor
khối Powergui để nghiên cứu thực hiện động và ổn định quá độ hệ 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.
Mô hình SVC trình bày trong ví dụ này là mô hình chi tiết hơn tô pô SVC đặc biệt(dùng
điện kháng điều khiển thyristor (TCR) và tụ khóa thyristor (TSCs)) với sự thể hiện đầy đủ
điện tử công suất. Loại mô hình này yêu cầu mô phỏng gián đoạn với bước thời gian cố
định (50 s trong trường hợp này) và dùng nó đặc biệt để 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.
Ví dụ này có sẵn trong mô hình power_svc_1tcr3tsc. Tải mô hình này và lưu 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 257 of 545
Hình 5-3: Sơ đồ 1 sợi SVC
Hình 5-4: Mô hình SPS 300 Mvar SVC trên hệ thống 735 kV (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).
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 tripplen thứ
Simpower-system
Page 258 of 545
tự không (3rd, 9th,...) giữ lại trong cuộn tam giác, bởi vậy giảm bớt sóng hài bơm vào hệ
thống.
Thể hiện hệ thống công suất bàng đẳng trị điện cảm (mức ngắn mạch 6000 MVA) và tải
200-MW. Điện áp trong hệ thống đẳng trị có thể thay đổi bằng khối Three-Phase
Programmable Voltage Source để quan sát đáp ứng động SVC để thay đổi 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:
Measurement System đo điện áp sơ cấp thứ tự thuận. Hệ thống này dùng kỹ
thuật tính toán Fourier gián đoạn để ước lượng điện áp cơ bản over a one-cycle
running average window. Đơn vị chỉ số điện áp đo được chạy bởimột chương trình
lập sẵn để đưa vào trong sự thay đổi tính toán của tần số hệ thống.
Voltage Regulator dùng bộ điều chỉnh PI để điều chỉnh điện áp sơ 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 đầy dung (+300 Mvar) sang đầy cảm (-100 Mvar) điện áp SVC thay đổi
giữa 1 - 0.03 = 0.97 p.u. và 1 + 0.01 = 1.01 pu.
Distribution Unit dùng điện nạp sơ cấp tính toán Bsvc bằng bộ điều chỉnh
điện áp để xác định góc mở TCR và trạng thái (on/off) 3 nhánh TSC. Góc mở
như là một hàm của TCR điện nạp BTCR được thực hiện bằng bảng giám sát từ
phương trình sau
với BTCR là điện nạp TCR trong p.u. của công suất điện kháng định mức 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 phát xung. Sự mở các
Simpower-system
Page 259 of 545
nhánh TSC có thể đồng bộ hóa (gửi một xung ở các thyristors dương và âm ở mỗi
chu kì) hoặc liên tục. Chế đọmowr đồng bộ thường là phương pháp được sử dụng
ưa thích vì giảm sóng hài nhanh hơn. Có thể chọn thay đổi chế độ mở
Synchronized trong hộp hội thoại Firing 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 menu Programmable Voltage Source và thấy chương trình hóa thứ tự
bước điện áp. Cũng vậy mở menu khối SVC 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. Chạy mô phỏng
và quan sát dạng sóng trên khối Scope SVC. Sóng này được tái sinh ra như ở dưới.
Waveforms Illustrating SVC Dynamic Response to System Voltage Steps
Ban đầu nguồn áp đặt là 1.004 pu, kết quả điện áp 1.0 p.u. ỏ các đầu cuối SVC khi SVC
không làm việc. Như điện áp quy chiếu Vref đặt là 1.0 pu, the SVC là 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).
Ở t = 0.1s áp đột ngột tăng lên 1.025 pu. SVC phản ứng lại bằng cách hấp thụ 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 ( = 940).
Simpower-system
Page 260 of 545
Ở t = 0.4 s điện áp nguồn đột ngột giảm thấp xuống 0.93 pu. 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 (
=1200).
Quan sát đường cuối cùng trên scope cách TSC thứ tự đóng và mở. Mỗi lần TSC mở
góc TCR thay đổi từ 1800 (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.
Bạn có thể mở hệ thống con Signal & Scopes để quan sát dạng sóng. Hiển thị áp và
dòng TCR nhánh AB cũng như xung thyristor trên scope TCR AB. Hình dưới thu nhỏ 3
chu kì khi góc mở là 1200.
Steady State Voltage and Current in TCR AB
Misfiring of TSC1
Trường hợp cuối cùng nghiên cứu trình mô phỏng TSC misfiring.
Mỗi lần TSC khóa một giá trị điện áp bị tụ TSC lưu lại. Nếu bạn xem ở scope TSC1
Misfiring bên trong hệ thống con Signals & Scope, bạn có thể quan sát điện áp TSC1
(đường đầu tiên) và dòng TSC1 (đường 2) nhánh AB. Điện áp đi qua thyristor dương
(thyristor dẫn dòng dương) như ở đường 3 và các xung gửi đến 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 trên
valve TSC. Xem bên trong khối SVC Controller for how a misfiring can be simulated on
TSC1. Dùng khối Timer và khối OR để thêm xung thông thường từ 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 261 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 thì lớn
nhất sau TSC đã cản trở. Thyristor misfiring này tạo ra quá dòng thyristor lớn (18 kA hoặc
6.5 lần dòng đỉnh định mức). 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 cản quá dòng và quá áp,
thông thường bảo vệ valve thyristor bằng 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 cứu sự
thực hiện trạng thái ổn định và động của bộ bù đồng bộ tĩnh (static synchronous
compensator) (STATCOM) trên hệ thống phân phối. STATCOM là thiết bị shunt của họ
hệ thống phân phối AC linh hoạt (FACTS) sử dụng điện tử công suất. Nó điều chỉnh điện
áp bằng cách phát hoặc hấp thụ công suất phản kháng. Nếu bạn không quen STATCOM,
vui lòng xem tài liệu khối Static Synchronous Compensator (Phasor Type), trình bày
nguyên tắc làm việc của STATCOM.
Tùy thuộc công suất định mức của STATCOM, sử dụng kỹ thuật khác cho bộ chuyển
đổi công suất. STATCOM công suất cao (vài trăm Mvars) thông thường 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 The Static Synchronous Compensator
(Phasor Type) của thư viện FACTS là một chế độ đơn giản, mà có thể mô phỏng theo một
kiểu khác của STATCOMs. Bạn có thể dùng với tùy chọn mô phỏng phasor khối Powergui
để nghiên cứu thực hiện động và ổn định quá trình quá độ của hệ thống. Bởi vậy dao động
Simpower-system
Page 262 of 545
điện cơ tần số 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.
Mô hình STATCOM trình bày trong ví dụ này là mô hình chi tiết hơn với thể hiện đầy
đủ điện tử công suất. Nó dùng sóng vuông, 48-xung VSC và nối liền các máy biến áp cho
hàm trung hòa. Kiểu mô hình này yêu cầu mô phỏng gián đoạn bước cố định (25 s trong
trường hợp này) và nó dùng kiểu đặc trưng để nghiên cứu sự thực hiện STATCOM trong
dải thời gian nhỏ hơn nhiều (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
STATCOM trình bày trong ví dụ này có sẵn trong mô hình power_statcom_gto48p. Tải
mô hình này và lưu vào thư mục làm việc của bạn là case3.mdl để cho phép thay đổi nhiều
hơn hệ thống ban đầu. mô hình này ở hình 5-6 thể hiện hệ thống 3 nút 500 kV với điều
chỉnh điện áp STATCOM 100 Mvar ở nút B1.
Điện áp trong hệ thống đẳng trị nối ở nút B1 có thể thay đổi bằng khối Three-Phase
Programmable Voltage Source để quan sát đáp ứng động STATCOM để thay đổi điện áp
hệ thống.
Hình 5-6: Mô hình SPS STATCOM 100 Mvar trên hệ thống 500 kV
(power_statcom_gto48p)
STATCOM Power Component
STATCOM gồm có bộ chuyển đổi 48-xung 3 mức và 2 tục 3000 F mắc nối tiếp, 2 tụ
này làm việc như nguồn điện áp Dc thay đổi. Biên độ biến điện áp 60 Hz bộ 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 500kV 100 MVA (xem hệ thống con hình 5-7).
Simpower-system
Page 263 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 +/- 7.50.
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,...) and 7+12n (7, 19, 31, 43,...). Thêm vào đó, góc lệch pha 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 hóa sóng hài 23rd và 25th. Quan trọng đầu tiên
harmonics phát sinh bởI máy chuyển đổi sẽ ở sau 47th and 49th. Sử dụng điện áp phân cực
DC the 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 264 of 545
Frequency Spectrum of Voltage Generated by 48-Pulse Inverter at No Load
Phổ tần này có được từ chạy demo power_48pulsegtoconverter, mà dùng cùng tôpô bộ
chuyển đổi. FFT thực hiện phân tích bằng cách dùng tùy chọn FFT Analysis của khối
Powergui. 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 265 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.
Measurement System tính toán thành phần thứ tự thuận dòng và áp
STATCOM, dùng phase-to-dq transformation and a running-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 , góc là góc lệch pha điện áp bộ chuyển đổi và điện
áp hệ thống tương ứng. Góc này tồn tại rất gần 0 ngoại 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 STATCOM
thay đổi từ đầy dung (+100 Mvar) sang đầy cảm (-100 Mvar) 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 ).
Để giải thích nguyên tắc điều chỉnh, chúng ta cho rằng điện áp hệ thônhgs Vmeas trở
nên tháp hơn so với điện áp quy chiếu Vref. Bộ điều chỉnh điện áp sẽ yêu cầu 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 pha điện áp bộ chuyển 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.
Simpower-system
Page 266 of 545
Như giải thích ở phần trước, cố định góc dẫn bộ chuyển đổi 3 mức là 172.5°. This
conduction angle minimizes 23rd and 25th harmonics of voltage generated by the square-
wave inverters. Cũng vậy để giảm sóng hài không đặc tính, điện áp 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 cho nữa chu kì dương và âm.
Hẹ thống điều khiển STATCOM cũng cho phép chọn chế độ điều khiển Var (xem hộp
hội thoại STATCOM Controller). Trong mỗi trường hợp, dòng quy 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
Bạn sẽ quan sát dạng sóng trạng thái ổn định và đáp ứng động STATCOM khi điện áp
hệ thống thay đổi. Mở menu nguồn điện áp và xem thứ tự chương trình hóa bước điện áp.
Cũng vậy mở hộp hội thoại STATCOM Controller và kiểm tra STATCOM là ở chế độ
điều chỉnh điện áp (Voltage regulation mode) với điện áp 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.
Dạng sóng minh họa đáp ứng động STATCOM với bước điện áp hệ thống
Ban đầu nguồn điện áp chương trình hóa đặt là 1.0491 p.u., kết quả điện áp nút B1 là 1.0
p.u. khi STATCOM không làm việc. Như điện áp quy chiếu Vref đặt là 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 định mức). STATCOM phản ứng lại bằng cách phát công suất phản
Simpower-system
Page 267 of 545
kháng (Q=+70 Mvar) để giữ điện áp ở 0.979 p.u. Thời gian đặt 95% xấp xỉ 47 ms. Ở điểm
nay điện áp DC tăng lên đến 20.4 kV.
Thì ở t = 0.2 s áp nguồn tăng lên đến 1.045 p.u. giá trị định mức. STATCOM phản ứng
lại bằng cách thay đổi điểm làm việc từ dung sang cảm để giữ điện áp ở 1.021 p.u. Ở điểm
này STATCOM hấp thụ 72 Mvar và điện áp DC giảm thấp xuống 18.2 kV. Quan sát
đường đầu tiên ta thấy áp và dòng sơ cấp STATCOM là dòng thay đổi từ dung sang cảm
xấp xỉ một chu kì.
Cuối cùng ở t = 0.3 s áp nguồn đặt về gia trị định mức và điểm làm việc 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.) và
đồng pha với điện áp sơ cấp. Dòng đang sớm pha hơn áp 90°; do vậy 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 khi điện áp DC tăng hoặc giảm để thay
đổi công suất phản kháng. Giá trị trạng thái ổn định của (0.50) là góc lệch pha yêu cầu để
duy trì tổn hao trào lưu công suất phản kháng nhỏ trong máy biến áp bù và bộ chuyển đổi.
Thyristor-Based HVDC Link
Ví dụ trong phân này minh họa mô hình liên kết truyền dòng một chiều điện áp cao
(HVDC) dùng bộ chuyển đổi thyristor 12-xung [1]. Ứng dụng nhiễu loạn để khảo sát sự
thực hiện của hệ thống. Các đối tượng của ví dụ này là minh chứng 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 điều khiển tổng quát có sẵn
trong thư viện Discrete Control Blocks của thư viện 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
Simpower-system
Page 268 of 545
Mở mô hình power_hvdc12pulse và lưu tên là case4.mdl để cho phép thay đổi 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 800 ở tần số cơ bản (60 Hz hoặc 50 Hz) và ở sóng điều hòa bậc 3.
Bộ chỉnh lưu và nghịch lưu là bộ chuyển đổi 12-xung dùng 2 khối Universal Bridge mắc
nối tiếp. Mở hệ thống con 2 bộ chuyển đổi (khối Rectifier và khối Inverter) để thấy cách
xây dụng chúng. Nối bộ chuyển đổi qua đường dây 300-km và điện kháng san bằng 0.5 H.
Mô hình máy biến áp bộ chuyển đổi (Y0/Y/) với khối máy biến áp 3 pha (3 cuộn dây).
Không mô phỏng bộ chuyển đổi nấc phân áp máy biến áp. Vị trí nấc phân áp đúng là xác
định ở vị trí cố định bằng hệ số nhân cung cấp cho điện áp định mức sơ cấp máy biến áp bộ
chuyển đổi (0.90 bên phía 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.
Figure 5-9: HVDC System
Dùng bộ lọc AC để ngăn cản dòng sóng hài bậc lẻ từ bên ngoài hệ thống AC. Nhóm các
bộ lọc vào 2 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 =
300, 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), or damped 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.
Simpower-system
Page 269 of 545
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 = 50s. Một vài hệ thống bảo vệ có thời gian mẫu là 1 hoặc 2 ms.
Đáp ứng tần hệ thống AC và DC
Bây giờ bạn đo đáp ứng tần hệ thống AC (phía bộ chỉnh lưu và chuyển đổi) và đường
dây DC.
Phần Analyzing a Simple Circuit giải thích cách khối Impedance Measurement 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 Measurement vào mô hình, và đổi
tên Zrec, Zinv, và ZDC. Nối 2 đầu vào Zrec và Zinv giữa pha A và pha B hệ 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 điện kháng chính xác.
Mở 2 khối Impedance Measurement và đặt Multiplication factor là 0.5. Cuối cùng nối
đầu 1 khối ZDC giữa đầu cuối đường DC và điện 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 chứa impedance vs. frequency. Nhấp nút
Display.
Khi kết thúc tính toán, hiển thị biên độ và pha là hàm tần số đo bằng 3 khối 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.
Simpower-system
Page 270 of 545
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 trong hệ
thống 60 Hz. Cũng nên lưu ý rằng thêm bộ lọc dung 600 Mvar trong hệ 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 cho hệ thống
60 Hz, tương ứng với mức ngắn mạch hiệu quả là 5002/56.75 = 4405 MVA bên phải bộ
chỉnh lưu (bộ lọc 5000 MVA - 600 Mvar).
Với đường dây DC, lưu ý cộng hưởng nối tiếp ở 240 Hz, which corresponds to 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 thể làm việc
trong chế độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu. Ở nghịch lưu, dùng khối Gamma Measurement và
tìm thấy nó trong cùng thư viện. Dùng Look under mask để xem cách xây dựng khối.
Hệ thống Master Control phát dòng quy chiếu cho 2 bộ chuyển đổi và khởi tạo 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 nhẹ
hỏng chuyển mạch vì độ 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
Simpower-system
Page 271 of 545
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) là góc tắt quy chiếu (độ) . Để cực tiểu công suất phản kháng hấp thụ, đặt
quy chiếu ở góc cực tiểu chấp nhận được (ví dụ 180).
Cuối cùng, đầu vào 9 (D_alpha) là giá trị that is substracted from the delay 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 hạn
bởi hàm VDCOL giải thích ở dưới). Đầu ra hứ 3 (Mode) là một chỉ thị trạng thái thực chế
độ điều khiển bộ chuyển đổi. Trạng thái cho bằng số (từ 0 đến 6) như sau:
0 Blocked pulses
1 Current control
2 Voltage control
3 Alpha minimum limitation
4 Alpha maximum limitation
5 Forced or constant alpha
6 Gamma control
Synchronization and Firing System
Sự đồng bộ và sự phát sinh của 12 xung được trình diễn trong hệ thống điều khiển 12-
Pulse Firing. Dùng Look under mask dể xem trrạng thái của khối này 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 thế bởi vì dạng sóng thì ít thay đổi. Một
pha Locked Loop (PLL) được dùng dể tạo ra ba điện áp đồng bộ trên các thành phần cơ
bản của chuỗi điện áp dương.Xung máy phát firing được đồng bộ để ba điện áp phát sinh
bởi PLL.Ở ngược của điện áp chuyển mạch (AB, BC, CA), ramp đựợc reset. Một xung
firing được tạo ra bất kỳ khi nào .Giá trị ramp trở nên bằng nhau để góc trể mong muốn tạo
ra bởi bộ điều khiển.
Steady-State V-I Characteristic
Khối điều khiển rời rạc HVDC thực hiện đặc trưng trạng thái tĩnh :
Simpower-system
Page 272 of 545
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 định
Id_ref, trong khi bộ nghịch lưu điều khiển điện áp hoặc gamma ở giá trị quy chiếu Vd_ref
hoặc Gamma_min. Định nghĩa các thông số Id_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..
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 để mode đạt giá trị lớn nhất
và bộ biến đổi trong chế độ điều khiển dòng. Tương tự điện áp rơi trên hệ thống AC
cung cấp bộ biến đổi bắt buộc chế độ điều khiển chuyển sang điều chỉnh Gamma để giới
hạn góc min. Khả năng tự nhiên một phản ứng nhanh là chính xác để tăng suất chuyển
mạch và do đó làm giảm sự phân cực của chuyển mạch không được thực hiện. The
Commutation Failure Prevention Control subsystem (xem khối Inverter protections)
phát tín hiệu giảm giới hạn cực đại góc trễ trong thời gian điện áp giảm (ví dụ, trong thời
gian sự cố AC).
Lưu ý = extinction angle = 180º - - à , à = commutation or overlap
angle
VDCOL Function
Thực hiện một chức năng điều khiển quan trọng khác để thay đổi dòng quy chiếu tùy
thuộc giá trị DC. Điều khiển này, tên là Voltage Dependent Current Order Limiter
(VDCOL), tự động giảm điểm đặt dòng quy chiếu (Id_ref) khi VdL giảm (ví dụ, trong thờI
gian sự cố đường dây DC hoặc sự cố AC nghiêm trọng). Giảm dòng quy chiếu Id là cũng
giảm công suất phản kháng yêu cầu trên hệ thống AC, helping to recover from fault. Giải
thích thông số VDCOL hộp hội thoại khối Discrete HVDC Control như sơ đồ sau:
Simpower-system
Page 273 of 545
VDCOL Characteristic; Id_ref = f(VdL)
Giá trị Id_ref bắt đầu giảm khi áp đường dây Vd giảm thấp hơn gia trị ngưỡng VdThresh
(0.6 p.u.). Các bộ điều khiển dùng dòng quy chiếu thực có ở đầu ra bộ 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 tăng Id_ref với hằng số thời gian định
nghĩa bởi thông số Tup (80 ms trong ví dụ trên).
Current, Voltage, and Gamma Regulators
Cả 2 bộ chỉnh lưu và nghịch lưu điều khiển có dòng máy điều chỉnh calculating firing
i. Ở bộ nghịch lưu làm việc song song với bộ điều chỉnh dòng là điện thế and/or gamma
máy điều chỉnh góc lệch v and/or g calculating firing. Hiệu quả 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 nên có hệ số đủ cao cho tần số thấp
(<10 Hz) để di trì dòng , áp hoặc đáp ứng gamma bàng với dòng quy chiếu (Id_ref_lim), áp
quy chiếu (Vd_ref), hoặc gamma quy chiếu (Gamma min), dài bằng thì trong vòng giới
hạn lớn nhất hay nhỏ nhất (5º < < 166º cho bộ chỉnh lưu , 92º < < 166º cho bộ
nghịch lưu). Như đã trình bày ở trước, 1 tín hiệu (D_alpha) nhận từ bảo vệ Commutation
Failure Prevention có thể tạm thời giảm xuống giới hạn 166º ở bộ nghịch lưu. Điều chỉnh
độ lợi bộ điều chỉnh Kp và Ki during small perturbations in the reference. Sử dụng các độ
lợi sau:
Current regulator Kp = 45 deg/p.u. Ki = 4500 deg/p.u./s
Voltage regulator Kp = 35 deg/p.u. Ki = 2250 deg/p.u./s
Gamma regulator Kp = 1 deg/deg Ki = 20 deg/deg/s
Đặc tính khác của bộ điều chỉnh là sự tuyến tính hóa độ lợi cân xứng. Như là điện áp Vd
do bộ chỉnh lưu và nghịch lưu phát là cân xứng với cos( ), sự thay đổi Vd là nguyên
nhân thay đổi cân xứng với sin( ). Với hằng số Kp, độ lợi là hiệu quả do đó cân xứng
với sin( ). Để giữ độ lợi cân xứng hằng, tùy thuộc giá trị , tuyến tính hóa độ lợi bằng
hằng số nhân Kp bằng 1/sin( ). Cung cấp sự tuyến tính hóa này cho dải xác định bởi 2
giới hạn cụ thể trong hộp hội thoại.
Simpower-system
Page 274 of 545
System Startup/Stop - Steady State and Step Response
Lưu ý hệ thống là gián đoạn, dùng thời gian mẫu Ts = 50e-6 s.
Chương trình hóa hệ thống để khởi động và đạt trạng thái ổn định. Bước đầu tiên cung
cấp cho dòng quy chiếu và sau cùng cho điện áp quy chiếu vì vậy bạn có thể quan sát đáp
ứng động của bộ điều chỉnh. Cuối cùng, khởi tạo thứ tự dừng để chuổi dừng bắt đầu để
mang năng lượng truyền một cách trôi chảy xuống dưới khối bộ chuyển đổi.Chú ý bộ
chuyển đổi điều khiển ở đó sau sự tiếp nhận của tín hiệu dừng một Forced_alpha được
ngăn nắp cho 150 s và 0.1 s sau khối của xung được làm ngăn nắp.
Khởi động mô phỏng và quan sát tín hiệu trên scope Rectifier and Inverter. Dạng sóng
sinh ra như sau:
Simpower-system
Page 275 of 545
Figure 5-10: Startup/Stop of the DC System and Step Applied on the Current and
Voltage Reference
Trong Master Control, xung của bộ chuyển đổi máy phát đựợc blocked và công suất
truyền bắt đầu bởi độ dốc dòng qui chiếu ở t = 20 ms. Mức độ qui chiếu đạt được giá trị
lớn nhất của 0.1 p.u. in 0.3 s.Quan sát ở đó dòng một chiều bắt đầu được xây dựng và
đường dây DC được mang tên điện áp của nó. ở t = 0.4 s, dòng qui chiếu thay đổi từ 1 p.u.
(2 kA) in 0.18 s (5 p.u./s). Dòng một chiều thu được ở trạng thái tĩnh sự kết thúc của chuổi
bắt đầu tương ứng 0.58 s. Bộ chỉnh lưu điều khiển dòng và bộ nghịch lưu điều khiển áp.
Đường 1 2 scope Rectifier và Inverter đưa ra áp đường dây DC (1 p.u. = 500 kV). Ở bộ
nghịch lưu, điện áp qui chiếu cũng được chỉ ra. Đường 2 đưa ra dòng quy chiếu và dòng Id
đo (1 p.u. = 2 kA). Suốt độ dốc bộ chỉnh lưu là thực tế điều khiển dòng điện (Đường 4:
Mode = 1) dể giá trị của Id_ref_lim ít hơn dòng Margin (0.1 p.u.) và bô chỉnh lưu cố gắn
để điều khiển dòng ở Id_ref_lim. Ở bộ nghịch lưu, chế độ điều khiển tahy đổi áp điều
khiển (Mode = 2) ở t = 0.3 s và bộ chỉnh lưu trở nên hiệu quả trong điều kiển dòng. Ở trạng
thái ổn định (đo t giữa 1.3 và 1.4 s), góc mở quanh 16.50 và 143
0 tương ứng ở phía bộ
chỉnh lưu và bộ nghịch lưu. Ở bộ nghịch lưu, 2 khối Gamma Measurement đo góc đóng
cho mỗi thyristor 2 cầu 6-xung (nghĩa là cầu nối Y và ) bởi sự xác định elapsed time
chỉ rỏ trong mức độ điện từ sự kêt thúc của sự dẫn dòng the zero crossing của diện áp đão
Simpower-system
Page 276 of 545
mạch. Gía trị nhỏ nhất của 12 thì được chỉ ra trong 5 vạch dài với Gamma qui chiếu.
Trong trạng thái tĩnh giá trị nhỏ nhất là quanh 22 độ.
ở t = 0.7 s, bước nhảy a -0.2 p.u. được cấp trong suốt 0.1 s để dòng qui chiếu cũng vớI
cách làm đó bạn có thể quan sát hiệu ứng động của máy điều chỉnh. Sau đố ở t = 1.0 s,
bước nhảy -0.1 p.u. dược cấp suốt 0.1 s ở điện áp bộ nghịch lưu qui chiếu. Cũng với quan
sát đó ở bộ nghịch lưu góc thừa mất đi lớn hơn giá trị qui chiếu (e.g., giá trị thừa nhận nhỏ
nhất ) và theo cách đó Gamma máy điều chỉnh không bao giờ đùa điều khiển từ khi ngăn
cản v nhỏ hơn sau g.
Ở t = 1.4 s chuổi dừng được bắt đầu bởi ramping down the current to 0.1 pu. Ở t = 1.6 s
a Forced-alpha (to 166 deg) ở bộ chỉnh lưu làm tắt dòng và ở bộ nghịch lưu Forced-alpha
(to 92 deg vớI khoảng giớI hạn ) manh xuống điện áp một chiều giảm đến vật mang
trapped trong đường dây điện dung. Ở t = 1.7 s xung được làm mẫu cho cả hai bộ chuyển
đổi.
Comparison of Theory and Simulation Results in Steady State
Hệ số tương đương chính trạng thái tĩnh hoạt động của hệ thống DC được cho ở đây vớI
kết quả đó bạn có thể so sánh giá trị lý thuyết với kết qủa sự mô phỏng.
Sự liên kết chỉ rỏ bên dướI cío nghĩa là chiều điện áp Vd của cầu 12-pulse đến chiều
dòng điện Id và góc firing (bỏ qua tổn thất ohmic trong may biến áp và thyristors):
Ở đó Vdo là hướng điện áp không tải lí tưởng cho cầu six-pulse bridge:
Vc là điện áp tính toán RMS dây-dây phụ thuộc điện áp hệ thống AC và tỉ số máy biến
áp.
Rc là điện trở tính toán đẳng trị.
Xc là điện kháng tính toán hoặc điện kháng máy biến áp liên quan đến phía valve.
Tham số bộ chỉnh lưu bên dưới đẫ được sử dụng trong trình mô phỏng.
Điện áp Vc phải đưa vào trong tính toán giá trị hiêu quả của điện áp trên 500 kV bus và
số truyền máy biến áp. Nếu bạn xem dạng sóng hiển thị trên scope AC_RECTIFIER, bạn
thấy 0.96 p.u. khi dòng 1 chiều Id đạt đến trạng thái ổn định (1 p.u.).
Nếu bạn mở hộp hội thoại máy biến áp bộ chỉnh lưu bạn thấy hệ số nhân thời gain 0.90
cung cấp cho điện áp định mức sơ cấp. The voltage applied to the inverter is therefore
boosted by a factor of 1/0.90.
Vc = 0.96 * 200 kV/0.90 = 213.3 kV
Id = 2 kA
= 16.5º
Xc = 0.24 p.u., based on 1200 MVA and 222.2 kV = 9.874
Do đó, t
Simpower-system
Page 277 of 545
Điện áp lý thuyết khá tương ứng với điện áp bộ chỉnh lưu tính toán từ điện áp bộ nghịch
lưu và điện áp rơi trên đường dây DC (R = 4.5 ) và trong điện kháng san bằng bộ chỉnh
lưu (R = 1 ):
Sự đão mạch hay góc xếp chồng cũng được tính toán. Giá trị lý thuyết phụ thuộc vào ,
dòng DC Id, và điện kháng chuyển mạch Xc.
Bây giờ kiểm tra góc chuyển mạch bằng cách quan sát dòng ở 2 giá trị , ví dụ, dòng tắt
trong giá trị 1 và dòng xây dựng trong giá trị 3 của cầu Y six-pulse bridge bộ chỉnh
lưu.Những tín hiêu này thay đổi trong VALVE13_RECT scope.
Dạng sóng minh họa 2 chu kì như trong hình vẽ sau. Đo góc đão mạch là 14 steps của
50 s hay 15.1º của một giai doạn 60 Hz Phân tích với một bước nhảy thời gian 50 s là
1.1º; góc này so sánh tốt hợp lí với giá trị lý thuyết
Simpower-system
Page 278 of 545
Figure 5-11: Valve Voltage and Currents (Commutation from Valve 1 to Valve 3)
Cuối cùng để hợp lý đo lường ở bộ biến đổi, quan sát điện áp valve 1 và dòng trên
scope VALVE1_INV. Cũng như vậy quan sát điện áp tính toán tương ứng đến the
outgoing valve 1 để làm tắt và giá trị có ý nghĩa của giống như hướng dẫn ở Figure 5-
12. Cũng với cách kiểm tra đó giá trị của và cộng thêm lên đến180º.
Simpower-system
Page 279 of 545
Figure 5-12: Current and Commutation Voltage of Valve 1 Showing
DC Line Fault
Bước nhảy không hoạt động cấp trên dòng qui chiếu và điện áp qui chiếu trong Master
Control và trong Inverter Control and Protection tương ứng bằng cách đạt khóa chuyển
mạch ở vị trí thấp nhất. Trong khối DC Fault, thay đổi hệ số nhân từ 100 xuống 1, vì vậy
cung cấp sự cố bây ở t = 0.7 s. Giảm thời gian Simulation Stop là 1.4 s. Mở scope
RECTIFIER cũng như scope FAULT để quan sát dòng sự cố và scope PROTECTION
RECTIFIER để quan sát bảo vệ sự cố DC làm việc. Khởi động lại mô phỏng.
Simpower-system
Page 280 of 545
Simpower-system
Page 281 of 545
Figure 5-13: DC Line Fault on the Rectifier Side
Thực tế mặt định (t = 0.7 s), dòng DC tăng đến 2.2 p.u. và điện áp DC giảm đến 0 ở bộ
chỉnh lưu. Điện áp drop này được nhình thấy bởI Voltage Dependent Current Order
Limiter (VDCOL) và sự bảo vệ DC hư hỏng . The VDCOL làm giảm dòng qui chiếu đến
0.3 p.u. ở bộ chỉnh lưu. Dòng một chiều vẫn tiếp tục để lưu thông trong hư hỏng. Sau đó ở
t = 0.77 s góc firing bộ chỉnh lưu bị ép đến 166 độ bởi the DC Fault protection sau khi
phát hiện một điện áp thấp DC. Bây giờ bộ chỉnh lưu hoat động trong mô hình inverter
mode. Dây điện áp DC trở nên âm và năng lượng tích trữ trên đường dây trở lại hệ thống
AC , nguyên nhân dập tắt nhanh chóng của dòng hư hỏng ở giá trị 0 băng qua tiếp theo của
nó. Sau đó được giảI thoát ở t = 0.82 s và điện áp và dòng bình thường thu được
recover in approximately 0.5 s. Notice, the temporary mode change in the Rectifier
controls between 1.18 s and 1.25 s.
AC Line-to-Ground Fault at the Inverter
Bây giờ giảm thời gian fault để cấp đường dây đến đất fault. Trong khối DC Fault
block, thay đổi hệ số multiplication khoảng từ 1 đến 100, kết quả điều đó DC fault bây giờ
được loại trừ. Trong khối A-G Fault block, thay đổi hệ số multiplication thời gian chuyển
mạch đến 1, kết quả điều đó six-cycle line-to-ground fault thì bây giờ được cấp ở t = 0.7 s
trong bộ chuyển đổi. KhởI động trình mô phỏng.
Simpower-system
Page 282 of 545
Simpower-system
Page 283 of 545
Figure 5-14: Rectifier, Inverter Signals for an AC Line Fault on Inverter Side
Simpower-system
Page 284 of 545
Figure 5-15: Voltages and Currents on the 50 Hz Side for an AC Line Fault on the
Inverter Side
Chú ý dao động 120 Hz trong điện thế và dòng DC suốt fault. Một sự chuyển mạch tất
yếu không mong đợi xẩy ra trong inverter ở lúc bắt đầu của fault và dòng DC tăng đến 2
p.u. Khi fault được xóa ở t = 0.8 s, VDCOL hoạt động và giảm dòng qui chiếu đến 0.3 p.u.
Hệ thống thu đượctrong phép tính gần đúng 0.35 s sau khi xóa fault.
Nhìn ở dạng sóng trình bày trên PROTECTION INVERTER scope. Khối The Low
AC Voltage block tìm ra fault và chốt DC Fault bảo vệ DC fault bằng phẳng nếu vớI
đường dây điện áp DC. Nhìn ở the Commutation Failure Prevention Control
(CFPREV) đầu ra (A_min_I) nó giảm xuống giới hạn góc trể để làm tăng suất chuyển
mạch và sau fault.
Ây giờ mởe hộp thoại của khối CFPREV định vị bên trong the Inverter Protections
subsystem và làm cho không hoạt động the CFPREV protection bởi loại trừ "ON State."
Khởi động trình mô phỏng. Chú ý ở đó chuyển mạch thứ hai không mong đợi xuất hiện
trong suốt fault (ở thời gian t xung quanh 0.775 s). Một đão mạch không mong đợi là kết
quả không mong đợi của giá trị chỉ định để đưa lên trên hướng dòng điện trước điện áp
chuyển mạch trái ngược với sự phân cực của nó. Dấu hiệu là giá trị 0 điện áp DC băng qua
cầu affected là nguyên nhân làm tăng dòng DC ở một tỉ lệ định trước bởI mạch điện cảm
DC.
Simpower-system
Page 285 of 545
Sách tham khảo.
[1] Arrilaga, J., High Voltage Direct Current Transmission, IEEE Power Engineering
Series 6, Peter Peregrinus, Ltd., 1983.
[2] Lidong Zhang, Lars Dofnas, "A Novel Method to Mitigate Commutation Failures in
HVDC Systems," Proceedings PowerCon 2002. International Conference on, Volume: 1,
13-17 Oct. 2002, pp. 51 -56.
VSC-Based HVDC Link
Tỉ lệ tăng và cải tiến trình chiếu của self-commutated thiết bị bán dẫn đã làm hợp lí điện
áp cao DC (HVDC) sự truyền làm cơ sở trên điện áp nguồn bo chuển đổi (VSC). Hai yêu
cầu kĩ thuật do nhà sản xuất HVDC Lightđ [1] và the HVDCplusđ
[2].
Ví dụ sự rời rạc hóa trong mô hình minh họa của a forced-commutated Voltage- Sourced
Converter high-voltage hướng dòng điện (VSC-HVDC) đường truyền . Mục đích của ví dụ
này là để giải thích cho việc dùng khối SimPowerSystems trong trình mô phỏng của đường
truyền cơ sở HVDC trên three-level Neutral Point Clamped (NPC) bộ chuyển đổi VSC với
vật mang đơn pha làm cơ sở xung hình sin điều biến chuyển mạch (SPWM). Perturbations
được cấp để kiểm tra trình chiếu động của hệ thống.
Description of the HVDC Link
Đặc điểm chủ yếu của hệ thống truyền VSC-HVDC là khả năng của nó để không phụ
thuộc điều khiển công suất tác dụng và công suất thực chảy ở mỗi hệ thống AC để nó được
kết nối , ở điểm của cặp phổ biến (PCC). Trong sự trái ngược để line-commutated HVDC
transmission, sự phân cực của điện áp DC chủ yếu giống với dòng đã đổi chiều để thay
đổi hướng chảy của công suất.
Đường HVDC rờI rạc trong ví dụ này thì thay đổi trong mô hình power_hvdc_vsc. Tải
mô hình này và lưu nó trong thư mục làm việc của bạn case5.mdl để cho phép thay đổi
nhiều hơn đến hệ thống gốc. Mô hình này chỉ ra trong lược đồ Figure 5-16 đề nghị một
mức 200 MVA, +/- 100 kV VSC-HVDC đường truyền.
Figure 5-16: VSC-HVDC Transmission System Model
Với điện áp hệ thống 230 kV và công suất 2000 MVA AC (AC hệ thống phụ 1 và hệ
thống phụ 2) được làm mẫu bởi mạch hãm L-R tương đương với một góc lệch 80 độ ở tần
số cơ sở (50 Hz) và ở ba hàm điều hòa. Bộ chuyển đổi VSC là khối cầu three-level bridge
dùng để đóng mô hình chuyển mạch lí tưởng IGBT/diodes. Làm giảm mối liên hệ với nó
IGBT có thể được điều khiển và sự thích hợp của nó đốI với chuyển mạch tần số cao, đã
làm thiết bị này tôt hơn lựa chọn GTO và thyristors. Mở hệ thống phụ Station 1 và Station
2 để xem cách thức chúng được xây dựng.
Simpower-system
Page 286 of 545
Một máy biến áp chuyển đổi (Wye grounded /Delta) được sử dụng để giới hạn phép biến
đổi điện áp tối ưu. Hiện tại khối lắp ráp cuộn dây điều hòa tạo ra bởi bộ chuyển đổi. Tap
thay đổi máy biến áp hay sự tù hóa không được mô phỏng. Vị trí tap thì khá hơn ở vị trí
nén chỉ rỏ bởi hệ số multiplication cấp đến tên điện áp sơ cấp của máy biến áp chuyển
đổi.Hệ số multiplication lựa chọn để có một chỉ số điều biến quanh 0.85 (số truyền máy
biến áp 0.915 trên phía chỉnh lưu và 1.015 trên phía nhgịch lưu). Reactor bộ chuyển đổi và
khe hở điện cảm máy biến áp giới hạn điện áp đầu ra để đổi pha và biên độ của chi tiết cụ
thể đến hệ thống AC và cho phép điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng
đầu ra.
Để gặp sự chỉ rỏ hệ thống hàm điều hòa AC, khung bộ lọc AC một phần chủ yếu của sơ
đồ. Bạn có thể nối yếu tố thay đổi bên phía hệ thống AC hay bên phía bộ chuyển đổi của
máy biến áp chuyển đổi. Hi đó thì chỉ có hàm điều hòa tần số cao, đi qua bộ lọc do đó mốI
liên hệ nhỏ so sánh với giá trị bô chuyển đổi. Nó thì có khả năng với bộ lọc pass-filter cao
và không hòa hợp với tuned filters thì cần. Sắp xếp sau dùng trong mô hình của chúng ta
và reactor bô chuyển đổi, thiết bị lõi khí, tần số chủ yếu riêng biệt (bộ lọc bus) từ sóng
không cân bằng PWM (bus chuyển đổi). Hàm điều hòa AC generation [4] thì phụ thuộc
chủ yếu trên:
Loại của điều biến (e.g. vật mang cơ sở một pha hay ba pha, không gian
vector, etc.)
Tần số chỉ dẫn p = tần số mang / tần số máy điều biến (e.g. p = 1350/50 =
27)
Chỉ số điều biến m = điện áp đầu ra chủ yếu của bộ chuyển đổI / cực đén
cực điện áp DC.
Hàm điều hòa điện áp chủ yếu được tạo ra ở quanh bôi số của p. Bộ lọc shunt AC thì
27th và 54th cao vượt qua tổng cộng 40 Mvar. Để minh họa cho hoạt động bộ lọc chúng ta
đã phân tích FFT trong trạng thái tĩnh của điện áp pha chuyển đổi pha A và điện áp bộ lọc
pha A, dùng khối Powergui block. Kết quả được chỉ ra trong Figure 5-17.
Figure 5-17: Phase A Voltage and FFT Analysis. (a) Converter Bus (b) Filter Bus
Tụ điện chứa DC thì nối đến VSC cuối cùng. Chúng có tác dụng ở hệ thống động và
sóng điện áp ben phía DC. Kích thước của tụ điện được định nghĩa bởi hằng số thời gian
tương ứng đến thời gian để nạp vào tụ điện áp cơ sở (100 kV) nếu nó thay đổi với dòng cơ
sở (1 kA). Lượng này = C ã Zbase = 70e-6 ã 100 = 7 ms
Simpower-system
Page 287 of 545
Với Zbase = 100kV/1 kA
Phía bộ lọc DC tần số cao được hòa hợp đến hàm điều hòa 3rd, i.e. chính hàm điều hòa
hiện tại trong điện áp cực dương và cực âm. Nó thì được chỉ ra ở đó dòng tác dụng của bộ
chuyển đổi tạo ra một mốI liên hệ lớn với ba hàm điều hòa trong cả hai điện áp cực dương
và cực âm [3] nhưng không nằm trong tổng điện áp. Hàm điều hòa DC cũng có thể là
chuổi điều hòa 0 (bội số dư 3) đưa đến phía DC (e.g. xuyên qua bộ lọc AC). Một
smoothing reactor nối nối tiếp ở mỗi cực cuối cùng.
Để giữ sự cân bằng phía, mức độ khác nhau giữa các cực điện thế đẫ được điều khiển và
giữ ở o(nhìn ở khối DC Voltage Balance Control block trong khối bộ điều khiển VSC).
Bộ chỉnh lưu và nghịch lưu được nối liền bằng đường dây cáp 75 km (2 pi sections). Sử
dụng cáp ngầm là loạI dùng cho đường dây VSC-HVDC. Một mạch khóa được dùng để
cấp ba pha xuống đất trên phía bộ nghịch lưu AC. Khối Three-Phase Programmable
Voltage Source blockđược dùng trong hệ thống khu vực 1 để cấp sụt áp.
VSC Control System
Figure 5-18 chỉ một biểu đồ tổng quát của hệ thống điều khiển và giao diện của nó vớI
mạch chính [3].
Figure 5-18: Overview of the Control System of a VSC Converter and Interface to
the Main Circuit
Bộ chuyển đổi 1 Bộ chuyển đổi 2 thiết kế bộ điều khiển được dentical. Hai bộ điều
khiển thì không lệ thuộc với tin tức giữa chúng. Mỗi bộ chuyển đổi có hai mức độ tự do.
Trong trường hợp của chúng ta chúng được sử dụng để điều khiển :
P và Q trong khu vực (bộ chỉnh lưu).
Udc và Q trong khu vực 2 (bộ nghịch lưu).
Simpower-system
Page 288 of 545
Điều khiển điện áp AC cũng sẽ được chấp nhận để thay thế Q. Sự cần thiết thêm máy
điều chỉnh nó không phảI thực hgiện trong mô hình chúng ta.
Khối lược đồ mức độ cao của mô hình điều khiển rời rạc VSC Simulink chỉ ra ở lược đồ
Figure 5-19.
Figure 5-19: High Level Block Diagram of the Discrete VSC Controller
Mở hệ thống điều khiển phụ VSC để xem chi tiết.
Thời gian lấy mẫu của mô hình máy điều khiển (Ts_Control) là 74.06 às, nó là 10 lần
thời gian lấy mẫu. Sự chậm trễ được lựa chọn đến một trăm của thời kì PWM carrier (i.e.
0.01/1350 s) cho một trình mô phỏng rỏ ràng có thể chấp nhận được. Yếu tố công suất, bộ
lọc anti-aliasing và khốI máy phát PWM dùng thời gian lấy mẫu chủ yếu (Ts_Power) of
7.406 às. Mô hình không đồng bộ của sự hoạt động thi được chọn cho mô hình của chúng
ta.
Tên dòng và áp lấy mẫu (in p.u.) được tạo ra đến bộ điều khiển.
Khối The Clark Transformations bbiến đổI lượng ba pha sang không gian vector cấu
thành và (phần thực và phần ảo). Các tín hiệu đo lường (U và I) bên phía sơ cấp quay
quanh bởi ±pi/6 theo đến máy biíen áp kết nối (YD11 hay YD1) có khung qui chiếu giống
nhau với tín hiệu đo bên phía thứ cấp của máy biến áp (xem khối CLARK YD).
Khối The dq transformations block tính toán chính xác trục "d" và lượng bậc hai trục
"q" (hai trục nằm trong khung qui chiếu ) từ và .
Khối The Signal Calculations block tính toán và bộ oc khối lượng sử dụng bởI máy
điều khiển (e.g. công suất phản kháng và tác dụng, chỉ số điều biến dòng điện và điện áp
DC , etc.).
Phase Locked Loop (PLL)
Khối The Phase Locked Loop block đo tần số hệ thống và tao ra góc pha đồng bộ
(chính xác hơn [sin( ), cos( )]) cho khối the dq Transformations block. Trong trạng
thái tĩnh, sin( ) thì trong pha chủ yếu (chuổi dương) thành phần và pha A của điện thế
PCC (Uabc).
Outer Active and Reactive Power and Voltage Loop
Simpower-system
Page 289 of 545
Công suất tác dụng và phản kháng, điện áp loop chứa outer loop máy điều chỉnh đó tính
toán giá trị qui chiếu của vector dòng bộ chuyển đổi (Iref_dq) nó là đầu vào đến bên trong
dòng loop. Mô hình điều khiển là : trong trục "d" , giống công suất tác dụng chảy qua PCC
hay cực đến cực điện áp DC ; trong trục "q" , công suấtphản kháng chảy qua PCC. Chú ý ở
đó nó cũng sẽ được định vị để cộng thêm mô hình điều khiển điện thế ở trục "q". Hàm chủ
yếu của công suất tác dụng và phản kháng và điện áp loop được rời rạc hóa bên dưới.
KhốI The Reactive Power Control regulator block phối hợp điều khiển PI vớI
feedforward control để àm tăng tốc độ phản ứng. Để cho phép máy tích phân wind-up đi
sau hành động được dẫn ra : lỗi được xóa về zero, khi đo điện áp PCC thì ít hơn sau giá trị
hằng số (i.e. trong suốt AC perturbation); khi đầu ra máy điều chỉnh được giới hạn , lỗi
giới hạn được cấp sau vớI kí hiệu bên phải, đến đầu vào máy điều chỉnh. Khối The AC
Voltage control override block, cơ sở trên hai máy điều chỉnh PI, sẽ quan trọng với máy
điều chỉnh công suất tác dụng đến điện áp PCC AC chủ yếu trong phạm vi bảo đảm, đậc
biêt ở trạng thái tĩnh.
Khối The Active Power Control block thì giống với khối the Reactive Power Contro
block. Khối The extra Ramping block độ dốc bậc công suất đi đến giá trị mong muốn với
sự điều chỉnh giá trị khi điều khiển là de-blocked. Giá trị ramped được điều chỉnh về 0 khi
bộ chuển đổi làm mẫu. khối The DC Voltage control override block, làm cơ sở cho hai
máy điều chỉnh PI, sẽ à quan trong hơn máy điều chỉnh công suất tác dụng đến điện áp chủ
yếu DC nằm trong giá trị cho phép, đậc biệt suốt perturbation trong hệ thống AC của khu
vực điều khiển điện áp DC.
Khối The DC Voltage Control regulator block dùng máy điều chỉnh PI. Khối thì có
tác dụng khi khối the Active Power Control block bị làm mất tác dụng. Khối đầu ra là giá
trị qui chiếu, cho thành phần "d" của vector dòng bộ chuyển đổi, cho khối the Current
Reference Limitation block.
Khối Current Reference Calculation chuyển đổi công suất tác dụng và phản
kháng, tính toán bằng bộ điều khiển P và Q, để dòng quy chiếu tùy thuộc vào điện
áp đo (space vector) ở nút lọc. dòng qui chiếu được ước lượng bởi sự phân chia
công suất qui chiếu bởi điện áp(trên giá trị điện áp đạt trước nhỏ nhất).
Vector dòng qui chiếu được giới hạn ở giá trị nhỏ nhất có thể chấp nhận được (i.e.
lượng không phụ thuộc) bởi khối the Current Reference Limitation block. trong mẫu
công suất điều khiển, mức độ cung cấp công suất tác dụng và công suất phản kháng qui
chiếu khi giới hạn được lợi dụng. Trong mẫu điều khiển điện áp DC, ưu tiên cao hơn được
cho đến công suất tác dụng khi giới hạn được lợi dụng cho điều khiển hiêu quả điện áp.
Inner Current Loop
Chức năng chính khối Inner Current Loop trình bày ơt dưới.
Khối The AC Current Control block làm dấu vector dòng qui chiếu (thành phần "d"
và "q" ) cấp theo hướng phối hợp để thu được sự điều khiển nhanh dòng điện ở tải thay đổi
và phân phối (e.g. so short-circuit faults không vượt qua giá trị qui chiếu) [3] [5] [6]. Trong
tính chất nó bao gồm vector điện áp biết đến U_dq và tính toán những cái mà điện áp bộ
chuyển đổi có được, bằng việc cộng thêm điện áp drops giảm để dòng chảy qua điện cảm
giữa U và điện áp PWM-VSC. Trạng thái động chỉ ra của dòng VSC được dùng (tương
ứng được làm sự bỏ qua bộ lọc AC
filters). Thành phần "d" và "q" không được bắt cặp components are decoupled để thu
được hai mô hình độc lập first-order. Một phép tích phân tương ứng (PI) cu7ng cấp lại
dòng bô chuyển đổi được sử dụng làm giảm lỗi đến 0 trong trạng thái tĩnh. Đầu ra của
khối the AC Current Control block là vector điện áp vô hạn Vref_dq_tmp.
Simpower-system
Page 290 of 545
Khối Reference Voltage Conditioning đưa vào trong tính toán điện áp thực tế và gái trị
lớn nhất khe hở theo lý thuyết của điện áp pha cầu chủ yếu trong mối liên hệ với điện áp
DC để tạo ra điện áp qui chiếu mới khách quan. Trong mô hình của chúng ta (i.e. a three-
level NPC với vật mang cơ bản PWM), tỉ lệ giữa điện áp đỉnh lớn nhất pha cơ sở và tổng
điện áp DC (i.e. cho chỉ số điều biến f 1) là = 0.816. bằng sự lựa chọn tên
điện áp dây 100 kV bus cuộn dây thứ cấp máy biến áp và tên điện áp DC tổng 200 kV tên
chỉ số điều biến sẽ được 0.816. Trong lý thuyết bộ chuyển đổi cần đến để phát sinh lên đến
1/0.816 hay 1.23 p.u. khi chỉ số điều biến là một lựợng đến 1. Điện áp dư này là quan trọng
hco việc phát sing có ý nghĩa dòng điện dung (i.e. một công suất phản kháng chảy đên hệ
thống AC ).
Khối Reference Voltage Limitation giới hạn biên độ vectơ điện áp quy chiếu là 1.0,
since over modulation is not desired.
Yêu cầu khối truyền thông tin Inverse dq and Inverse Clark để phát điện áp quy chiếu 3
pha đến PWM.
DC Voltage Balance Control
Khối The DC Voltage Balance Control có thể có tác dụng hay mất tác dụng. Sự khác
nhau giữa điện áp phía DC (dương và âm) được điều khiển và giữ cân bằng cầu ba pha
phía DC (i.e. lượng điện thế cực) trong trạng thái tĩnh. Chênh lệch nhỏ giữa điện thế cực có
thể xuất hiện ở sự thay đổi active/reactive dòng bộ chuyển đổi hay làm giảm không tuyến
tính trên sự thiếu chính xác trong khi thực hiện của cầu điện áp điều biến độ rông xung.
Hơn nữa chênh lệch giữa điện áp cực có thể thích đán với sự hông cân bằng cố hữu giữa
điện áp cực trong cấu trúc mạch điện cảm.
Điểm giữa dòng DC Id0 được xác định rỏ sự khác nhau Ud0 giữa điện áp cao và điện áp
thấp (Figure 5-20)
.
Figure 5-20: DC Voltages and Currents of the Three-Level Bridge
Bằng sự thay đổi điều kiện thời gian của chuyển mạch trong một cực nó thì được xác
định để thay đổi giá trị trung bình của điểm giữa dòng Id0 và bằng cách ấy điều khiển sự
khác nahu của điện áp Ud0. cho ví dụ một sự khác dương (Ud0 0) có thể làm giảm xuống
0 nếu biên độ của điện áp qui chiếu nó phát sinh ra dòng điểm giữa dương được tăng lên ở
các khoảng thời gian giống nhau giống biên độ của điện áp qui chiếu nó phát sinh ra dòng
điểm giữa âm DC bi giảm xuống. Việc này được àm bởi các thành phần đền bù để điện áp
qui chiêu hình sin. Do đó cầu điện áp trở nên biến dạng và để giới hạn hiêu dụng biến dạng
điều khiển có thể là chậm. cuối cùng cho một trình diễn tốt hơn hàm này nên được hoạt
động trong khu vực điều khiển điện áp.
Dynamic Performance
Trong phần tiếp theo, trình diễn động của hệ thống truyền kiểm tra lại bởi trình mô
phỏng và quan sát.
Simpower-system
Page 291 of 545
Hiệu ứng động để bước nhảy thay đổi cấp đến máy điều chỉnh qui chiếu đặc
biệt, giống công suất và điện áp tác dụng và phản kháng.
Khôi phục lại từ màn hình severe perturbations trong hệ thống AC.
Cho sự giải thích toàn diện của thủ tục bên dưới thu được những kết quả và nhiều hơn
qui về đến khối the Model Information block.
System Startup - Steady State and Step Response
Dạng sóng chính từ scope như ở hình dưới.
Startup and P & Q Step Responses in Station 1
Q Step Responses in Station 1
Simpower-system
Page 292 of 545
Startup and Udc Step Response in Station 2
Đoạn 2 bộ chuyển đổi điều khiển điện thế DC là deblocked đầu tiên ở t=0.1 s. sau đó
khu vực 1 điều khiển công suất tác dụng bộ chuyển đổi là ở t=0.3 s và công suất bờ dốc
trên thấp đến 1 p.u. trạng thái tĩnh thì gần khoảng chừng ở t=1.3 s với điện áp và công suất
ở 1.0 p.u. (200 kV, 200 MW). Cả hai bộ chuyển đổI điều khiển công suất phản kháng chảy
qua đến đầy giá trị khu vực 1và đến 20 Mvar (- 0.1 p.u.) bên trong khu vực 2 của hệ thống.
Sau trạng thái tĩnh đẫ nằm trong phạm vi bước nhảy -0.1 p.u. dsdược cấp đến công suất
tác dụng qui chiếu trong bộ chuyển đổi 1 (t=1.5 s) và sau một bước nhảy -0.1 p.u. được
cấp đến công suất phản kháng qui chiếu (t=2.0 s). trong khu vực 2 một bước nhảy -0.05
p.u.cấp đến điện áp qui chiếu DC. Trạng thái động của các máy điều chỉnh được quan sát.
Thời gian ổn định tương ứng ở 0.3 s. đự định điều khiển một thứ để tách riêng công suất
tác dụng và công suất phản kháng phản ứng lại. Chú ý tình trạng của các máy điều chỉnh
nhiều hơn hay ít hơn tác độ lẫn nhau.
AC Side Perturbations
Từ điều kiện trạng thái tĩnh From the steady state condition, một màn hình và có khả
năng perturbation được thực hiện theo thứ tự khu vực 1 và hệ thống 2. một sụt áp ba pha
ban đầu được cấp đến bus khu vực 1. sau đó đi theo hệ thống phục hồi ba pha nối đất được
cấp ở bus khu vực 2. hệ thống phục hồi từ perturbations nên được thúc đẩy ổn định. Dạng
sóng chính từ được tái tạo trong hai lược đồ bên dưới.
Simpower-system
Page 293 of 545
Voltage Step on AC System 1
Bước nhảy điện áp AC (-0.1 p.u.) cấp ở t=1.5 s trong suốt 0.14 s (7 chu kì ) ở khu vực
1. kết quả chỉ ra ở đó công suất tác dụng và công suất phản kháng sự sai lệch từ sự phân
phối trước ít hơn 0.09 p.u. và 0.2 p.u. theo thứ tự. thời gian phục hồI ít hơn 0.3 s và trạng
thái tĩnh thì phạm vi trước perturbation kế tiếp bắt đầu.
Simpower-system
Page 294 of 545
The fault is applied at t=2.1 s during 0.12 s (6 cycles) at station 2.
Three-Phase to Ground Fault at Station 2 Bus
Chú ý ở đó ba pha truyền công suất thì gần như dừng lại và điện áp qui về để làm tăng
(1.2 p.u.) từ khi phía DC điện dung đã được thay đổi quá mức. một hàm đậc biệt (điện áp
điều khiển không quan tâm đến DC ) trong điều khiển công suất tác dụng (ở khu vực 1)
thử để giới hạn điện áp DC trong vòng một giá trị cố định. Hệ thống phục hồi tốt sau mặt
định, trong vòng 0.5 s. chú ý sự hãm dao động (xung quanh 10 Hz) trong công suất phản
kháng.
Sách tham khảo.
[1] Weimers, L."A New Technology for a Better Environment," Power Engineering
Review, IEEE, vol. 18, issue 8, Aug. 1998.
[2] Schettler F., Huang H., and Christl N. "HVDC transmission systems using voltage
source converters - design and applications," IEEE Power Engineering Society Summer
Meeting, July 2000.
[3] Lindberg, Anders "PWM and control of two and three level high power voltage
source converters," Licentiate thesis, ISSN-1100-1615, TRITA-EHE 9501, The Royal
Institute of Technology, Sweden, 1995.
[4] Sadaba, Alonso, O., P. Sanchis Gurpide, J. Lopez Tanerna, I. Munoz Morales, L.
Marroyo Palomo, "Voltage Harmonics Generated by 3-Level Converters Using PWM
Natural Sampling," Power Electronics Specialist Conference, 2001, IEEE 32nd Annual,
17-21 June 2001, vol. 3, pp. 1561-1565.
Simpower-system
Page 295 of 545
[5] Lu, Weixing, Boon-Teck Ooi, "Optimal Acquisition and Aggregation of Offshore
wind Power by Multiterminal Voltage-Source HVDC," IEEE Trans. Power Delivery, vol.
18, pp. 201-206, Jan. 2003.
[6].Sao, K., P.W. Lehn, M.R. Iravani, J.A. Martinez, "A benchmark system for digital
time-domain simulation of a pulse-width-modulated D-STATCOM,"" IEEE Trans. Power
Delivery, vol. 17, pp. 1113-1120, Oct. 2002.
Transient Stability of Power Systems
Using Phasor Simulation
những trường hợp nghiên cứu tạo chi tiết ví dụ thực tế cảu người dùng trình mô phỏng
phasor của phương pháp SimPowerSystems trong loại công suất tận dụng thực tế giống
như phần giải thích Using the Phasor Solution Method for Stability Studies, trình mô
phỏng phasor được ưu tiên phương pháp cho trình mô phỏng lướI công suất khi bạn quan
tâm đến độ lớn và pha điện thế và dòng điện ở tần số cơ sở (50 Hz hay 60 Hz). Trình mô
phỏng phasor được hoạt hóa bởi biện pháp của khối Powergui block. Nó chống các yếu
tố của thư viện powerlib, bao gồm các máy điện. trong điều kiện hai thư viện của mô hình
trình của công suất trang bị tìm trong lưới tiện ích (một ít của chúng bao gồm các công suất
điện) đã được giới thiệu trong bản dịch 4.0 của SimPowerSystems: tính linh hoạt của hệ
thống truyền AC (FACTS) thư viện (factslib) và tài nguyên phân phối (DR) thư viện
(drlib). Trường hợp nghiên cứu bài bên dưới chỉ ra ví dụ ứng dụng của một số mô hình
phasor.
Transient Stability of a
Power System with SVC and
PSS
Dùng máy bù tĩnh (SVC) và bộ ổn định công suất hệ
thống (PSS) cho việc cải tiến ổn định của hai máy truyền
của hệ thống.
Control of Power Flow
Using a UPFC and a PST
Điều khiển luồng công suất dùng máy điều khiển luồng
công suất (UPFC) và thay đổI pha dùng máy biến áp
(PST)
Wind Farm Using Doubly-
Fed Induction Generators
Nghiên cứu dạng trục dùng gấp đôi cấp truyền động
cảm ứng máy phát bởi trục turbines
Transient Stability of a Power System with SVC and PSS
Ví dụ miêu tả trong mô hình minh họa này của hệ thống truyền đơn giản chứa hai năng
lượng bằng hơi nước. một máy bù tĩnh (SVC) và bộ ổn định công suất (PSS) được dùng để
cải thiện ổn định tạm thời và dao động công suất giảm sóc hệ thống.công suất hệ thống
minh họa trong ví dụ này thì khá đơn giản. tuy nhiên trình mô phỏng phương pháp phasor
cho phép bạn mô phỏng phức tạp hơn lưới công suất.
Nếu bạn không thân thiết SVC và PSS, vui lòng qui đến tài liệu dẫn ra ở khối bên dưới:
Static Var Compensator (Phasor Type), Generic Power System Stabilizer, and Multi-Band
Power System Stabilizer.
Description of the Transmission System
Simpower-system
Page 296 of 545
Lược đồ đơn dây chỉ ra rỏ ràng bên dưới của hệ thống truyền 500 kV.
Figure 6-1: 500 kV Transmission System
Máy phát hơi nước 1000 (M1) nối đến tải trung tâm xuyên qua chiều dài đường dây
truyền dẫn 500 kV, 700 km. Tải trung tâm được làm mẫu được làm mẫu bởi tải trở 5000
MW. Tải thì được cấp bởi tách biệt 1000 MVA và máy phát địa phương 5000 MVA (plant
M2).
Tải flow đã biểu diễn trên hệ thống này với máy phát M1 phát công suất 950 MW do đó
máy phát M2 tạo ra 4046 MW. Đường dây mang 944 MW nó thì đóng đến tải cảm của nó
(SIL = 977 MW). Để hệ thống chính ổn định sau faults, đương dây truyền tải chuyển
hướng bù ở trung tâm của nó bởi máy bù tĩnh (SVC) 200 Mvar. SVC không có một đơn vị
dao động công suất suy giảm (POD). Hai máy điện được trang bị với Turbine nước và máy
điều tốc (HTG), hệ thống kích từ và bộ ổn định công suất hệ thống (PSS).
Hệ thống này thay đổI trong mô hình power_svc_pss . tải mô hình này và lưu nó trong
tập tin làm việc của bạn case1.mdl để cho phép giảm sai khác so vớI hệ thống gốc. mô
hình này chỉ ra trong hình 6-2
.
Figure 6-2: Model of the Transmission System (power_svc_pss)
Đầu tiên nhìn phía bên trong hai Turbine và hệ thống phụ máy điều chỉnh để nhìn tạng
thái của turbine hơi nước, máy phát tốc (HTG) và hệ thống kích từ được thi hành. Hai thể
loại của bộ ổn định có thể được nốI trong hệ thống kích từ : một mô hình đặc trưng sử
dụng năng lượng gia tốc (Pa= sự hkác nhau giữa cộng suất máy điện Pm và đầu ra công
Simpower-system
Page 297 of 545
suất điện Peo) và máy ổn định Multiband dùng độ lệch tốc độ (dw). Hai bộ ổn định này là
mô hình tiêu chuẩn của thư viện powerlib/Machines. Khối Manual Switch blocks bao
quanh bởi khu vực màu xanh cho phép bạn chọn loại của máy ổn định dùng cho cả hai máy
điện hay đặt PSS bên ngoài của trình phục vụ.
SVC la mô hình phasor từ thư viện FACTS. Mở hộp thoại của nó và kích chọn các tham
số dữ liệu công suất chọn giá trị là +/- 200 Mvar. Trong tham số điều khiển, bạn có thể lựa
chọn mô hình điện áp điều chỉnh hay điện áp Var control (điện nạp cố định Bref). Đầu tiên
SVC được đặt ở mô hình Var control với điện nạp Bref=0, nó thì tương đương để có SVC
bên ngoài của trình phục vụ.
Một khối Fault Breaker block nối đến bus B1. bạn sẽ dùng nó cho các loại chương
trình khác nhau của faults trên hệ thống 500 kV và quan sát ảnh hưởng của PSS và SVC
trong hệ thống ổn định.
Để bắt đầu trình mô phỏng ở trạng thái tĩnh máy điện và các máy điều chỉnh đã cho giá
trị ban đầu bởi phương thức Load Flow and Machine Initialization của khối Powergui.
Tải flow đã trình diễn với máy điện M1 định nghĩa giống như bus máy phát PV (V=13800
V, P=950 MW) và máy điện M2 định nghĩa giống như bus swing (V=13800 V, 0 độ). Sau
tải flow đã làm sáng tỏ, công suất qui chiếu máy điện và điện áp qui chiếu cho hai máy
điện đã tự động cập nhật trong hai khốI hằng số nối ở HTG và đầu vào hệ thống kích từ :
Pref1=0.95 p.u. (950 MW), Vref1=1.0 p.u.; Pref2=0.8091 p.u. (4046 MW), Vref2=1.0 p.u.
Single-Phase Fault -- Impact of PSS -- No SVC
Kiểm tra PSS (Generic Pa type) là trong trình phục vụ và sáu chu kì một pha được trình
diễn trong khối Fault Breaker block (kích chọn pha A , fault cấp t=0.1 s và xóa t=0.2 s).
Bắt đầu trình mô phỏng và quan sát những tín hiệu trong Machines scope. Cho thể loại
của hệ thống là ổn định không có SVC. Sau fault xóa, dao động 0.6 Hz là giảm sóc nhanh.
Mô hình dao đông là loại tồn tại giữa các dao động trong hệ thống công suất lớn. đường
đầu tiên trong Machines scope chỉ ra góc lệch khác nhau của rotor d_theta1_2 giữa hai
máy điện. công suất truyền là lớn nhất khi phạm vi góc lệch là 90 độ. Tín hiệu này là dấu
hiêu tốt của ổn định hệ thống. Nếu d_theta1_2 vượt quá 90 độ cho chu kì thời gian quá dài,
các máy điện sẽ mất đồng bộ và hệ thống không ổn định. Đường hai chỉ ra tốc độ máy
điện. chú ý ở đây tốc độ máy điện 1 tăng suốt fault bởi vì trong suốt thời kì đó công suất
điện của nó thì thấp hơn công suất máy điện. bằng sự mô phỏng vượt qua một thời gian dài
(50 giây) bạn cũng phải chú ý ở đó các tốc độ của máy điện dao động cùng nhau ở một tần
số thấp (0.025 Hz) sau khi xóa fault. Hai SS (Pa type) thành công để hãm mô hình 0.6 Hz
nhưng chúng không hiêu quả cho mô hình hãm 0.025 Hz. Nếu bạn lựa chọn thay thế
Multi-Band PSS, bạn sẽ chú ý ở đó loai ổn định thành công này để hãm cả hai mô hình 0.6
Hz và 0.025 Hz.
Bạn sẽ làm lạI kiểm tra với hai PSS bên ngoài trình phục vụ. bắt đầu trình mô phỏng và
chú ý ở đó hệ thống không ổn định không có PSS. Bạn có thể so sánh vớI có và không có
PSS bằng cách kích đôi chuột vào khối màu xanh nằm bên phải nhận ra chỉ rỏ ảnh hưởng
của PSS cho 1 pha fault. Trình bày dạng sóng tạo ra bên dưới.
Simpower-system
Page 298 of 545
Impact of PSS for a Single-Phase Fault
Chú ý : hệ thống này sẽ không ổn định khi không có PSS. Néu bạn xóa fault (bằng cách
loại bỏ pha A trong Fault Breaker), bạn sẽ thấy ổn định châm tương ứng 1 Hz sau vài giây.
Three-Phase Fault -- Impact of SVC -- PSS in Service
Bây giờ bạn cấp cho 3 pha và quan sát ảnh hưởng của SVC cho ổn định trong mạng đòi
hỏi khả năng bất ngờ.
Đầu tiên đặt hai PSS (Generic Pa type) trong trình phục vụ. chạy lại chương trình khối
Fault Breaker block để cấp 3 pha nối đất. kiểm tra ở đó SVC được cố định mô hình điện
nạp với Bref = 0. bắt đầu trình mô phỏng. Bằng cách nhìn ở tín hiệu d_theta1_2, bạn nên
quan sát ở đó hai máy điện nhanh ra ngoài đồng bộ sau khi xóa fault. Trường hợp này
không tiếp tục trình mô phỏng không thành công, khối Simulink Stop block dùng để
dừng trình mô phỏng khi phạm vi góc lệch khác nhau 3*360 độ.
Bây giờ mở thực đơn của khối SVC và thay đổi mô hình hoạt động SVC đến điện áp
điều chỉnh. SVC bây giờ sẽ cố gắng để cấp một điện áp bởi công suất phản kháng xen vào
trên đường dây khi điện áp thấp hơn điện áp qui chiếu (1.009 pu). Lựa chọn điện áp qui
chiếu SVC tương ứng đến bus với SVC bên ngoài trình phục vụ. Trong trạng thái tĩnh do
vậy SVC sẽ được luân chuyển và đợi cho điện áp bù vào khi độ lệch điện áp từ điểm đặc
qui chiếu của nó.
Bắt đầu trình mô phỏng và quan sát ở đó hệ thống bấy giờ đã ổn địng với ba pha hư
hỏng. Bạn có thể so sánh kết quả với khi có và không có SVC bằng cách kích đôi vào khối
màu xanh nhận dạng và chỉ ra ảnh hưởng của SCV cho ba pha hư hỏng. Trình bày dạng
sóng được tạo ra bên dưới.
Simpower-system
Page 299 of 545
Impact of the SVC for a Three-Phase Fault
Control of Power Flow Using a UPFC and a PST
Ví dụ miêu tả trong đoạn minh họa trong trình ứng dụng này của SimPowerSystems để
nghiên cứu trình biểu diễn tĩnh và động của Unified Power Flow Controller (UPFC) dùng
để giảm nhẹ tác ngẵn công suất trong hệ thống truyền tải.
Nếu bạn không biết rỏ về UPFC, vui lòng tìm trong dữ liệu về khối Unified Power Flow
Controller (Phasor Type).
Description of the Power System
Simpower-system
Page 300 of 545
Lược đồ đường dây đơn của mô hình hệ thống công suất được chỉ ra trong hình.
Figure 6-3: 500 kV / 230 kV Transmission System
Một UPFC được dùng để điều khiển luồng công suất trong hệ thống truyền tải 500 kV
/230 kV . Hệ thống nối trong một cấu hình mạch The system, connected in a loop
configuration, gồm có bản chất của 5 bus (B1 đến B5) liên lạc qua ba đường dây truyền tải
(L1, L2, L3) và hai dẩy máy biến áp 500 kV/230 kV Tr1 và Tr2. hai mức công suất định vị
trong hệ thống 230 kV phát ra tổng công suất 1500 MW nó được truyền đến 500 kV,
15000 MVA tương đương và đến tải 200 MW nối ở bus B3. mmô hình mỗi thiết bị bao
gồm một máy điều chỉnh tốc độ, một hệ thống kích từ tốt bằng bộ ổn định công suất hệ
thống (PSS). Trong sự hoạt động thường, hầu hết 1200 MW phát chứa đựng thiết bị chứa
công suất #2 được xuất sang 500 kV tương đương qua hai máy biến áp 400 MVA nối giữa
các bus B4 và B5. cho demo này chúng ta đang tính đến trường hợp xẩy ra bất ngờ nơi chỉ
có hai máy biến áp bên ngoài của ba thì thay đổi (Tr2= 2*400 MVA = 800 MVA). Tải
động chỉ ra ở đó hầu hết các công suất phát bởi thiết bị #2 được truyền xuyên qua dẫy máy
biến áp 800 MVA (899 MW bên ngoài của 1000 MW) và ở đó 96 MW thì đang lưu thông
trong nhánh. Máy biến áp Tr2 do đó quá tải bởi 99 MVA. Ví dụ minh họa trạng thái UPFC
có thể giảm tắc nghẽn công suất này. UPFC định vị ở cuối bên phải của đường dây L2
dùng để điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng ở 500 kV bus B3, tốt bằng
điện áp ở bus B_UPFC. UPFC bao gồm hai 100 MVA, IGBT-based, bộ chuyển đổi (một
bộ chuyển đổi mạch rẽ và một bộ chuyển đổi nối tiếp liên hệ trong DC bus). Bộ chuyyển
đổi nối tiếp có thể điều chỉnh ở một mức lớn nhất 10% của điện áp dây và đất (28.87 kV)
trong mạch nối tiếp với đường dây L2.
Ví dụ này thì thay đổi trong mô hình power_upfc. Tải mô hình này và lưu nó trong thư
mục làm việc của bạn giống case2.mdl cho phép giảm sai khác so với hệ thống gốc. mô
hình này trong Figure 6-4.
Simpower-system
Page 301 of 545
Figure 6-4: Model of the UPFC Controlling Power on a 500 kV/230 kV Power
System (power_upfc)
Sử dụng lựa chọn tải động của khối powergui, mô hình đã đạt trước trị số an đầu vớI
thiết bị #1 và #2 phát theo thứ tự 500 MW và 1000 MW và với UPFC bên ngoài trình
phục vụ (Bypass breaker closed). Kết quả công suất chảy thu được ở bus B1 đến B5 được
chỉ ra trên mô hình bởi những số đỏ. Tải động tương ứng này đến tảI động chỉ ra trong
đường dây đơn Figure 6-3.
Power Flow Control with the UPFC
Những tham số UPFC được cho trong hộp thoại. Kiểm trong các tham số dữ liệubộ
chuyển đổi nối tiếp đó được định một giá trị 100 MVA với độ điều chỉnh lớn nhất 0.1 p.u.
nhánh bộ chuyển đổi thì cũng được định giá 100 MVA. Cũng theo cách kiểm tra đó trong
các tham số điều khiển nhánh bộ chuyển đổi thì trong mô hình điều chỉnh điện áp và bộ
chuyển đổi nối tiếp đó thì nằm trong mô hình truyền điều khiển công suấts. Công suất tác
dụng và phản kháng UPFC qui chiếu được đặt trong khối nhãn màu tím Pref(pu) và
Qref(pu). Ban đầu the Bypass breaker thì đóng và kết quả công suất chảy tự nhiên ở bus
B3 là 587 MW và -27 Mvar. Khối Pref là chương trình với công suất tác dụng đầu tiên
5.87 p.u. tương ứng công suất chảy tự nhiên. Sau đó ở t=10s, Pref được tăng lên bởi 1 p.u.
(100 MW), từ 5.87 p.u. đến 6.87 pu, trong khi Qref được giữu ở hằng số -0.27 pu.
Chạy trình mô phỏng và nhìn ở UPFC scope tình trạng P và Q đo ở bus B3. dạng sóng
được tạo ra bên dưới.
Simpower-system
Page 302 of 545
UPFC Dynamic Response to a Change in Reference Power from 587 MW to 687
MW
ở t=5 s, khi the Bypass breaker được mở, mạng tự nhiên được làm lệch hướng từ the
Bypass breaker đến nhánh nối tiếp tạm thời khó có thể nhìn thấy. ở t=10 s, tcông suất
tăng lên khoảng giá trị1 pu/s. nó đưa ra công suất thứ hai làm tăng đến 687 MW. 100 MW
làm tăng công suất tác dụng ở B3 thì thu được bởi điện áp nối tiếp điều chỉnh 0.089 p.u.
với góc lệch of 94 độ. Kết quả này thì tương ứng 100 MW giảm trong công suất tác dụng
chảy xuyên qua Tr2 (từ 899 MW đến 796 MW), nó bây giờ mang tải có thể chấp nhận
được. xem sự thay đổI của công suất tác dụng ở các bus B1 đến B5 trên đường dây VPQ
scope.
UPFC P-Q Controllable Region
Bây giừo mở hộp thoại UPFC và lựa chọn Show Control parameters (bộ chuyển đổi
nối tiếp ). Lựa chọn mô hình hoạt động bằng Manual Voltage injection. Trong mô hình
điều khiển này điện áp phát sinh bởi bộ chuyển đổi nối tiếp được điều khiển bởi hai tín
hiệu bên ngoài Vd, Vq nhiều ở đầu vào Vdqref và đã phát trong khối Vdqref magenta
block. cho 5 đầu tiên bởI sự đóng lại Bypass breaker, kết quả đó ở đương đi PQ (-
27Mvar, 587 MW) điểm. sau khi công tấc mở trọng yếu của điện áp điều chỉnh nối tiếp
đựơc ramped, từ 0.0094 đến 0.1 p.u. ở 10 s, góc điều chỉnh điện áp bắt đầu thay đổi ở giá
trị 45 deg./s.
Chạy trình mô phỏng và nhìn ở UPFC scope tín hiệu P và Q người thay đổi theo đến
pha thay đổi điện áp điều chỉnh. kết thúc trình mô phỏng kích đôi chuột trên khối the blue
block chỉ rỏ Double click để vẽ đồ thịt UPFC Controllable Regionằ. Đường cong công
suất phản kháng giống như hàm công suất tác dụng của nó, đo ở bus B3, thì tạo ra bên
dưới. Khu định vị bên trong biểu diễn bằng đường elíp UPFC controllable region.
Simpower-system
Page 303 of 545
UPFC Controllable Region
Power Flow Control Using a PST
Mặc dầu không linh động giống như UPFC, pha máy biến áp thì luôn phiên nhau (PST)
tuy vậy nó vẫn là một phương tiện hiệu quả để điều khiển dòng chảy công suất bởi vì nó
hoạt động chính xác trên góc pha , giống như trong hình Figure 6-5. PST thì hầu như
thường dùng là thiết bị để điều khiển dòng chảy công suất trên lưới công suất.
Figure 6-5: Power Transfer Between Two Voltage Sources Without and With PST
Bây giờ bạn sử dụng PST với On Load Tap Changer (OLTC) để điều khiển dòng chảy
công suất trong hệ thống công suất. một mô hình phasor của PSTdùng delta sáu cạnh nối
thì thay đổi trong thư viện facts/Transformers. Chi tiết trên sự kết nối PST này, vui lòng
qui về đến khối dữ liệu Three-Phase OLTC Phase Shifting Transformer Delta-Hexagonal
(Phasor Type).
Simpower-system
Page 304 of 545
Xóa khối UPFC trong mô hình của bạn giống như khối diều khiển màu tím UPFC.
Cũng xóa theo cách đó chỉ số đo lường của hệ thống phụ và UPFC scope. Mở hệ thống phụ
của thư viện thực và copy khối ba pha OLTC máy biến áp luôn chuyển pha Delta-
Hexagonal (Phasor Type) trong mô hình của bạn. nối ABC cuối cùng đến the B_UPFC
bus và nối abc cuối cùng đến B3 bus. Bây giờ mở hộp thoạI và giảm các tham số bên dưới:
1. tên các tham số [Vnom(Vrms Ph Ph) Pnom(VA) Fnom (Hz)]: [500e3 800e6
60]
2. số đầu phân áp trên nữa đầu cuộn dây : 20
tên công suất được đặt đến 800 MVA (công suất mong đợi lớn nhất truyền xuyên qua
PST). Số đầu đặt ở 20, kết quả điều đó làm cho oha luân chuyển nhất định thì tương ứng
60/20= 3 độ trên một bước nhảy.
trong hệ thống công suất đường đi công suất tự nhiên (không có PST) từ B_UPFC đến
B3 là P=+587 MW. Nếu V1và V2 trong Figure 6-5 chỉ rỏ ở điện áp cuối của hệ thống nối
theo thứ tự từ B_UPFC và B3, nó thực hiện điều đod để góc lệch của công thức để góc
lệch của công thức 1 thì dương. Do đó theo công thức 2, để làn tăng công suất chảy từ
B_UPFC đến B3, đổi pha PST của abc cuối cùng với khía cạnh đến ABC cuối cùng
phảI có kết quả dương. Cho loại này của PST số đầu phải di chuyển theo chiều âm. Cái này
thu được bởi xung đầu vào bên dưới của đầu phân áp.
Vị trí đầu phân áp được điều khiển bởi xung gửi đến để cả hai đầu vào phía trên hay đầu
vào dưới. Trong trường hợp giống như chúng ta cần để tăng sự thay đổi pha từ 0 hướng về
một giá trị dương chúng ta đã gửi xung đến đầu vào bên dưới. Copy một đầu vào bên dưới
một khối Pulse Generator block từ thư viện nguồn của trình mô phỏng và nối nói đến
đầu vào bên dưới của PST. Mở khối hộp thoạI và chỉ ra các tham số bên dưới:
1. giai đoạn (secs): 5
2. độ rộng xung (% của chu kì ): 10
Do đó 5 đầu thứ cấp sẽ được di chuyển bởi một bước nhảy theo chiều âm và đão pha sẽ
tăng lên bằng tương ứng 3 độ.
Cuối cùng nối khối Bus Selector block (từ tín hiệu từ thư viện của trình mô phỏng) để
đo đầu ra m của PST. Mở hộp thoạI của nó và lựa chọn hai tín hiệu bên dưới :
1. Tap
2. Psi (degrees)
Nối hai tín hiệu đến hai đầu vào scope để quan sát vị trí đầu phân áp và sự thay đổi pha
trong suốt trình mô phỏng. Đặt thời gian cho trình mô phỏng 25 s và bắt đầu mô phỏng.
Trên đường dây VPQ scope, quan sát điện áp ở bus B1 đến B5 và công suất tác dụng và
phản kháng truyền xuyên qua các. Thay đổi vị trí đầu phân áp, thay đổi pha PST và
công suất tác dụng xuyên qua bus B3 (công suất xuyên PST) và B4 (công suất xuyên qua
máy biến áp Tr2) thì được tạo lại bởi lược đồ bên dưới.
Simpower-system
Page 305 of 545
Control of Active Power Through B3 and B4 by Changing Tap Position of PST
Mỗi đầu phân áp tạo ra một góc lệch pha tương ứng thay đổi 3 độ kết qủa trong 60 MW
công suất tăng lên xuyên qua B3. ở vị trí đầu -2, công suất xuyên qua máy biến áp Tr2
giống như giảm từ 900 MW đến 775 MW, như vậy thu được những mục tiêu giống nhau
bằng UPFC cho điều khiển trạng thái tĩnh. Bạn có thể có cách giải quyết tốt hơn trong góc
pha và bước nhảy công suất bằng cách làm tăng số đầu phân áp trong OLTC.
Bạn có thể chú ý ở đó sự thay đổi rời rạc của góc pha tạo ra vượt quá và dao động nhẹ
trong công suất tác dụng. Những dao động công suất nó là dao động điện tác động lẫn nhau
của máy điện trong hai mức công suất 1 và 2 được hãm nhanh hơn bởi bộ ổn định công
suất (PSS) nối trên hệ thống kích từ.
Nếu bạn không nối PSS từ đầu vào vstab của trên hệ thống kích từ (định vị trong hệ
thống phụ Reg_M1 và Reg_M2 của các mức công suất) bạn sẽ thu được những ảnh hưởng
lẫn nhau của PSS trong những dao động hãm ảnh hưởng lẫn nhau. Công suất tác dụng
xuyên qua B3 với khi có và không có PSS được tạo lai bên dưới
Mô phỏng của sự giảm điện áp trên hệ thống 120-kV
Bây giờ quan sát sự dao động của kết quả sự giảm điện áp từ sự cố xa trên hệ
thống 120 kV. Trong cách mô phỏng của sự hoạt động ban đầu trong Var
regulation với Qref=0 và tốc độ gió là hằng số lúc 8 m/s. điện áp rơi 0.15 p.u. được
cài đặt sau 0.5 s, trong menu nguồn điện áp 120 kV, xuất hiện lúc t=5 s. Dòng điện
cũng như tốc độ của động cơ. Các kết quả mô phỏng được miêu tả trong hình
Figure 6-12. Quan sát điện áp và dòng điện cũng như tốc độ động cơ. Chú ý cơn gió
tạo ra công suất 1.87 MW. Lúc t=5 s, điện áp rơi đến mức 0.9 p.u. lúc t=5.22 s, hệ
Simpower-system
Page 306 of 545
thống bảo vệ ngắt bởi vì điện áp dưới mức chịu hơn 0.2 s. dòng điện giảm đến 0 và
tốc độ roto giảm từ từ, trong khi gió vãn tiếp tục tạo ra công suất 1.87 MW.Sau đó
giảm nhẹ 1.25 MW (P_B25 measured at bus B25) được đưa lên lưới .
Figure 6-12: Voltage Sag on the 120 kV System (Wind Farm in Var
Regulation Mode)
Bây giờ, mô hình điều khiển tuabin gió được thay đổi đến Voltage regulation và
kết quả mô phỏng được lặp lại. Bạn sẽ chú ý điều này mà máu khônng ngắt nữa. bởi
vì sự gia tăng công suất bởi cong suất phản kháng có giá trị 5 Mvar được cung cấp
bởi các turbin gió trong khi độ giảm điện áp giữ trên ngưỡng bảo vệ 0.9 p.u.. Điện
áp máy trong thời gian sụt điện áp bây giờ là 0.93 p.u. (Figure 6-13).
Simpower-system
Page 307 of 545
Figure 6-13: Voltage Sag on the 120 kV System (Wind Farm in Voltage
Regulation Mode)
Mô phỏng sự cố trên hệ thống 25-kV
Cuối cùng , quan sát ảnh hưởng của sự cố một pha chạm đất xuất hiện trên đường
dây 25kV. Lúc t=5 s a 9 chu kỳ (0.15 s) sự cố một pha chạm trên pha A tại bus
B25. Khi turbin gió là Voltage regulation, điện áp nối tiếp dương tại các cực của
turbin gió (V1_B575) rơi đến 0.8 p.u. trong lúc sự cố, mà nó trên ngưỡng bảo vệ
(0.75 p.u. for a t>0.1 s). The wind farm therefore stays in service (Figure 6-14). Tuy
nhiên nếu Var regulation được dùng với Qref=0, điện áp rơi dưới 0.7 p.u. và sự
bảo vệ dưới áp ngắt turbin. Bây giờ chúng ta có thể quan sát tốc độ turbin giảm. Lúc
t=40 s góc bánh răng tăng đên giới hạn tốc độ (Figure 6-15).
Simpower-system
Page 308 of 545
Figure 6-14: Wind Farm Waveforms During Fault at Bus B25 (Wind Farm
in Voltage Regulation Mode)
Simpower-system
Page 309 of 545
Figure 6-15: Wind Farm Waveforms During Fault at Bus B25 (Wind Farm
in Var Regulation Mode)
SimPowerSystems Block Reference
Chương này chứa các thông tin trên các khối trong SimPowerSystems. Hơn nữa
chương này bạn càn tìm nội dung thông tin trên các khối liên quan.
Blocks -- Categorical List Khối SimPowerSystems được tóm tắc bởi thư viện
khối
Blocks -- Alphabetical
List
Các khối SimPowerSystems được xắp xếp theo thứ
tự abc theo tên
Blocks -- Categorical List
Simpower-system
Page 310 of 545
Thư viện chính của SimPowerSystems, powerlib, tổ chưc của khối được đưa vào
trong thư viện theo hành vi của chúng. Cửa sổ powerlib hiển thị các biểu tượng và
tên thư viện khối. Phần này liệt kê tất cả các khối SimPowerSystems được xắp xếp
bởi thư viện.
Dùng Simulink Library Browser hay thư viện SimPowerSystems lđể truy cập cac
khối ngay lập tức, hướng dẫn bằng thư viện này.
Của sổ thư viện của SimPowerSystems powerlib library chứa khối Powergui mà
khối này mở một giao điện đồ họa cho phép phân tích ổn định của các mạch điện.
Electrical Sources Library
Chứa các khối tạo ra tín hiệu điện.
Elements Library
Chứa các khối thành phần mạch điện phi tuyến hay tuyến tính.
Power Electronics Library
Chứa thiết bị điện tử công suất.
Machines Library
Chứa các mô hình máy điện công suất .
Measurements Library
Chứa các khối đo dòng điện và điện áp.
Biểu tượng Applications Libraries trong cửa sổ thư viện powerlib library cho
phép bạn truy cập Electric Drives Library, FACTS Library, và DR Library, mô
tả bên dưới.
Electric Drives Library
Chứa các mô hình điều khiển điện AC và DC.
Flexible AC Transmission Systems (FACTS) Library
Chứa các mô hình FACTS.
Distributed Resources (DR) Library
Chứa các mô hình tuabin gió.
Extras Library
Chứa các khối ba pha và các khối điều khiển và đo lường chuyên dùng. Ban cũng
có thể mở thư viện này bằng ấn entering powerlib_extras tại dòng lệnh.
Demos Library
Chứa phần demos và các trường hợp nguyên cứu.
Obsolete Blocks
Contains obsolete blocks for backward compatibility.
Nonlinear Simulink Blocks for SimPowerSystems Models
Khối phi tuyến Simulink của thư viện powerlib được lưu trử trong thư viện khối
đặc biệt powerlib_models. Các mô hình Simulink này được dùng bởi để xây dựng
Simpower-system
Page 311 of 545
mô hình Simulink tương đương của mạch điện. powerlib_models miêu tả
Improving Simulation Performance.
Creating Electrical Sources
AC Current Source Cung cấp nguồn dòng hình sin
AC Voltage Source Cung cấp nguồn điện áp hình sin
Controlled Current Source Cung cấp nguồn dòng điều khiển
Controlled Voltage Source Cung cấp nguồn áp điều khiển
DC Voltage Source Cung cấp nguồn điện áp DC
Three-Phase Programmable
Voltage Source
Cung cấp nguồn điện áp 3 pha với sự biến đổi
thời gian lập trình của biên độ, goác pha, tần số, và
sóng hài
Three-Phase Source Cung cấp nguồn 3 pha với trở kháng R_L trong
Creating Circuit Elements
Breaker Cung cấp máy cắt điện mở lúc dòng vượt qua
điểm 0
Connection Port Tạo ra cổng cuối cho hệ thống con
Distributed Parameter Line Cung cấp mô hình đường dây phân phối N pha
với tổn thất
Ground Nối đất
Linear Transformer Tạo ra máy biến áp tuyến tính hai hay ba cuộn dây
Multi-Winding
Transformer
Cung cấp máy biến áp dây quấn với taps
Mutual Inductance Cung cấp một nam châm nối giữa hai hay 3 cuộn
dây
Neutral Cung cấp một nút chung địa phương trong mạch
điện.
Simpower-system
Page 312 of 545
Parallel RLC Branch Cung cấp nhánh nối song song RLC
Parallel RLC Load Cung cấp tải tuyến tính song song RLC
PI Section Line Cung cấp đường dây truyền tải đơn pha với thông
số tập trung
Saturable Transformer Cung cấp máy biên áp bão hòa hai hay ba cuộn
dây.
Series RLC Branch Cung cấp nhánh nối tiếp RLC
Series RLC Load Cung cấp tải tuyến tính nối tiếp RLC
Surge Arrester Cung cấp chống sắt van kim loại-ôxít
Three-Phase Breaker Cung cấp máy cắt điện 3 pha mở lúc dòng vượt
qua điểm 0
Three-Phase Dynamic
Load
Cung cấp tải động với công suất phản kháng và
công suất tác dụng như là hàm số của điện áp hay
điều khiển từ đầu vào bên ngoài
Three-Phase Fault Cung cấp hệ thốn máy cắt sự cố pha-pha và pha –
đất
Three-Phase Harmonic
Filter
Cung cấp 4 kiểu bộ lọc sóng hài dùng R,L,C
Three-Phase Mutual
Inductance Z1-Z0
Cung cấp trỏ kháng RL với cách mắc chung
ggiữa các pha và cho phép mô tả các thông số nối
tiếp dương và zero
Three-Phase Parallel RLC
Branch
Cung cấp nhánh RLC mắc song song 3 pha
Three-Phase Parallel RLC
Load
Cung cấp tải 3 pha song song RLC có thể chọn
cách nối
Three-Phase PI Section
Line
Cung cấp đường dây truyền tải 3 pha với thông số
tập trung
Three-Phase Series RLC Cung cấp nhánh nối tiếp RLC 3 pha
Simpower-system
Page 313 of 545
Branch
Three-Phase Series RLC
Load
Cung cấp tải 3 pha nối tiếp RLC có thể chọn cách
nối
Three-Phase Transformer
12 Terminals
Cung cấp máy biến áp đơn pha hay hai cuộn dây
Three-Phase Transformer
(Two Windings)
Cung cấp máy biên áp hai cuộn dây 3 pha
Three-Phase Transformer
(Three Windings)
Cung cấp máy biên áp ba cuộn dây 3 pha
Zigzag Phase-Shifting
Transformer
Cung cấp máy biến áp chuyển pha kiểu zigzag
phía thứ cấp
Modeling Power Electronics Components
Diode Cung cấp mô hình diode
GTO Cung cấp mô hình GTO
Ideal Switch Cung cấp mô hình chuyển mạch lý tưởng
IGBT Cung cấp mô hình mba (IGBT)
MOSFET Cung cấp mô hình (MOSFET)
Three-Level Bridge Cung cấp bộ chuyển đổi công suất (NPC)
Thyristor Cung cấp mô hình thyristor
Universal Bridge Cung cấp bộ chuyển đổi cấu đa năng
Modeling Electrical Machines
Asynchronous Machine Mô hình động học của máy điện đồng bộ
(induction machine)
DC Machine Cung cấp mô hình máy điện DC kích từ độc lập
Excitation System Tạo ra một sự kích từ cho máy điện đồng bộ và
Simpower-system
Page 314 of 545
điều chỉnh điện áp cuối của nó trong mô hình
Generic Power System
Stabilizer
Tạo ra sự ổn đinh hệ thống công suất cho máy
điện đồng bộ và sự điều hòa công suất điện
Hydraulic Turbine and
Governor
Mô hình 1 turbine nước và hệ thống máy điều tốc
đạo hàm- tích phân- tỉ lệ
Machine Measurement
Demux
Tách tín hiệu đo cuat máy trong những tín hiệu
riêng biệt
Multiband Power System
Stabilizer
Thực hiện sự ổn định của hệ thống công suất
nhiều băng
Permanent Magnet
Synchronous Machine
Mô hình động học của máy điện đồng bộ nam
châm vĩnh cữu với sự phân phối từ thông hình sin
Simplified Synchronous
Machine
Mô hình động học của máy điện đồng bộ 3 pha
đơn giản
Steam Turbine and
Governor
Cung cấp hệ thống máy điều tốc và turbin hơi
Synchronous Machine Mô hình động học của máy điện đồng bộ cực lồi
hay rotor tròn 3 pha
Modeling Electric Drives
Six-Step VSI Induction
Motor Drive
Cung cấp bộ biến tần 6 bước cho Induction Motor
Drive
Space Vector PWM VSI
Induction Motor Drive
Cung cấp vecto không gian điều khiển động cơ
cảm ứng PWM VSI
Field-Oriented Control
Induction Motor Drive
Cung cấp mô hình điều khiển động cơ cảm ứng
điều khiển trường định hướng
DTC Induction Motor
Drive
Cung cấp mô hình điều khiển động cơ cảm ứng
điều khiển từ thông và chiều mômen
Self-Controlled
Synchronous Motor Drive
Cung cấp điều khiển động cơ đồng bộ tự điều
khiển
PM Synchronous Motor Cung cấp điều khiển động cơ đồng bộ nam châm
Simpower-system
Page 315 of 545
Drive vĩnh cữu
Two-Quadrant Single-
Phase Rectifier DC Drive
Cung cấp bộ chỉnh lưu đơn pha 2 góc phần tư
Four-Quadrant Single-
Phase Rectifier DC Drive
Cung cấp bộ chuyển đổi đơn 3 pha điều khiển DC
với dòng tuần hoàn
Two-Quadrant Three-
Phase Rectifier DC Drive
Cung cấp bộ chỉnh lưu 3 pha 2 góc phần tư
Four-Quadrant Three-
Phase Rectifier DC Drive
Cung cấp bộ chuyển đổi kép 3 pha điều khiển DC
với dòng tuần hoàn
One-Quadrant Chopper
DC Drive
Cung cấp bộ ngắt 1 góc phần tư điều khiển DC.
Two-Quadrant Chopper
DC Drive
Cung cấp bộ ngắt 2 góc phần tư điều khiển DC.
Four-Quadrant Chopper
DC Drive
Cung cấp bộ ngắt 4 góc phần tư điều khiển DC.
Mechanical Shaft Cung cấp trục cơ
Speed Reducer Cung cấp bộ giảm tốc
Modeling FACTS Devices
Static Synchronous
Compensator (Phasor Type)
Cung cấp mô hình phasor của cơ cấu bù tỉnh đồng
bộ 3 pha(STATCOM)
Static Synchronous Series
Compensator (Phasor Type)
Cung cấp mô hình phasor của cơ cấu bù tỉnh đồng
bộ 3 pha nối tiếp (SSSC)
Static Var Compensator
(Phasor Type)
Cung cấp mô hình phasor của cơ cấu bù var tỉnh
đồng bộ 3 pha
Three-Phase OLTC
Phase-Shifting Transformer
Delta-Hexagonal (Phasor
Type)
Cung cấp mô hình phasor của máy biến áp chuyển
pha 3 pha OLTC dùng sự kết nối lục giác delta
Three-Phase OLTC Cung cấp mô hình phasor của máy biến áp điều
Simpower-system
Page 316 of 545
Regulating Transformer
(Phasor Type)
hòa 3 pha OLTC
Unified Power Flow
Controller (Phasor Type)
Cung cấp mô hình phasor của điều khiển dòng
chảy công suất hợp nhất (UPFC)
Modeling Distributed Resources Devices
Wind Turbine Cung cấp mô hình của sự thay đổi bánh răng của
turbine gió..
Wind Turbine Doubly-
Fed Induction Generator
(Phasor Type)
Cung cấp một mô hình phasor của máy phát hai
vùng tốc độ bằng 1 turbine gió.
Wind Turbine Induction
Generator (Phasor Type)
Cung cấp một mô hình phasor của máy phát roto
lồng sóc bằng cách thay đổi bánh răng của turbine
gió.
Measuring Electrical Circuits
Current Measurement Đo dòng điện trong mạch điện
Impedance Measurement Đo trở kháng của mạch điện như là hàm số của tần
số
Multimeter Đo điện áp và dòng điện trong khối
SimPowerSystems
Three-Phase V-I
Measurement
Đo điện áp và dòng điện 3 pha trong mạch điện
Voltage Measurement Đo điện áp trong mạch điện
Analyzing Electrical Circuits
Powergui Giao diện đồ họa của phép phân tích của các mạch
điện và hệ thống
Additional Useful Blocks
Signal Measurements
Simpower-system
Page 317 of 545
abc_to_dq0 Transformation Thực hiện sự chuyển đổi Park từ khung quy
chiếu chiếu 3 pha (abc) đến khung quy chiếu dq0
Active & Reactive Power Đo giá trị công suất phản kháng và công suất tác
dụng của cặp giá trị điện áp –dòng điện
dq0_to_abc Transformation Thực hiện sự chuyển đổi Park từ khung quy
chiếu dq0 đến khung quy chiếu 3 pha (abc)
Fourier Phân tích Fourier một tín hiệu
RMS Đo giá trị căn bậc hai trung bình (RMS) của một
tín hiệu
Three-Phase Sequence
Analyzer
Đo các thành phần nối tiếp dương, âm, và zero
của tín hiệu 3 pha
Total Harmonic Distortion Đo đạt tổng sự bóp méo sóng hài của tín hiệu
dòng và điện áp chứa các sóng hài
Signal and Pulse Sources
PWM Generator Tạo ra xung cho bộ điều biên xung mang (PWM)
Synchronized 6-Pulse
Generator
Cung cấp bộ phát xung đồng bộ kích khởi
thyristors ocủa bộ chuyển đổi 6-xung
Synchronized 12-Pulse
Generator
Cung cấp bộ phát xung đồng bộ kích khởi
thyristors ocủa bộ chuyển đổi 12-xung
Timer Tạo ra dạng thay đổi tín hiệu lúc thời gian chuyển
mạch xác định
Blocks -- Alphabetical List
abc_to_dq0 Transformation
AC Current Source
Active & Reactive Power
AC Voltage Source
Asynchronous Machine
Breaker
Connection Port
Controlled Current Source
Controlled Voltage Source
Current Measurement
Simpower-system
Page 318 of 545
DC Machine
DC Voltage Source
Diode
Discrete System
Distributed Parameter Line
dq0_to_abc Transformation
DTC Induction Motor Drive
Excitation System
Field-Oriented Control Induction Motor Drive
Fourier
Four-Quadrant Chopper DC Drive
Four-Quadrant Single-Phase Rectifier DC Drive
Four-Quadrant Three-Phase Rectifier DC Drive
Generic Power System Stabilizer
Ground
GTO
Hydraulic Turbine and Governor
Ideal Switch
IGBT
Impedance Measurement
Linear Transformer
Machine Measurement Demux
Mechanical Shaft
MOSFET
Multiband Power System Stabilizer
Multimeter
Multi-Winding Transformer
Mutual Inductance
Neutral
One-Quadrant Chopper DC Drive
Parallel RLC Branch
Parallel RLC Load
Permanent Magnet Synchronous Machine
PI Section Line
PM Synchronous Motor Drive
Powergui
PWM Generator
RMS
Saturable Transformer
Self-Controlled Synchronous Motor Drive
Series RLC Branch
Series RLC Load
Simplified Synchronous Machine
Six-Step VSI Induction Motor Drive
Space Vector PWM VSI Induction Motor Drive
Speed Reducer
Static Synchronous Compensator (Phasor Type)
Simpower-system
Page 319 of 545
Static Synchronous Series Compensator (Phasor Type)
Static Var Compensator (Phasor Type)
Steam Turbine and Governor
Surge Arrester
Synchronized 6-Pulse Generator
Synchronized 12-Pulse Generator
Synchronous Machine
Three-Level Bridge
Three-Phase Breaker
Three-Phase Dynamic Load
Three-Phase Fault
Three-Phase Harmonic Filter
Three-Phase Mutual Inductance Z1-Z0
Three-Phase OLTC Phase-Shifting Transformer Delta-Hexagonal (Phasor Type)
Three-Phase OLTC Regulating Transformer (Phasor Type)
Three-Phase Parallel RLC Branch
Three-Phase Parallel RLC Load
Three-Phase PI Section Line
Three-Phase Programmable Voltage Source
Three-Phase Sequence Analyzer
Three-Phase Series RLC Branch
Three-Phase Series RLC Load
Three-Phase Source
Three-Phase Transformer 12 Terminals
Three-Phase Transformer (Two Windings)
Three-Phase Transformer (Three Windings)
Three-Phase V-I Measurement
Thyristor
Timer
Total Harmonic Distortion
Two-Quadrant Chopper DC Drive
Two-Quadrant Single-Phase Rectifier DC Drive
Two-Quadrant Three-Phase Rectifier DC Drive
Universal Bridge
Unified Power Flow Controller (Phasor Type)
Voltage Measurement
Wind Turbine
Wind Turbine Doubly-Fed Induction Generator (Phasor Type)
Wind Turbine Induction Generator (Phasor Type)
Zigzag Phase-Shifting Transformer
power_analyze
power_init
power_lineparam
power_statespace
abc_to_dq0 Transformation
Simpower-system
Page 320 of 545
Thực hiện sự biến đổi Park từ khung quy chiếu 3 pha (abc) đến khung quy chiếu
dq0
Thư viện
Extras/Measurements
Sự gián đoạn của khối này dùng trong thư viện the Extras/Discrete Measurements
library.
Mô tả
Khối abc_to_dq0 Transformation tính toán thành phần dọc trục, ngang trục, và
lượng dãy zero trong khung quy chiếu động hai trục cho tín hiệu hình sin 3 pha. Sự
biến đổi được dùng:
Trong đó = tốc độ quay của khung quay (rad/s).
Sự biến đổi là giống nhau cho trường hợp dòng điện 3 pha, bạn chỉ phải thay thế
Va, Vb, Vc, Vd, Vq, và V0 thành Ia, Ib, Ic, Id, Iq, và I0 tương ứng.
Sự biến đổi này thường dùng trong mô hình máy điện 3 pha, nơi mà được biết
đến như là phép biến đổi Park. Nó cho phép bạn khử điện kháng thay đổi theo thời
gian bằng cách chuyển lượng stator và rotor đến khung quy chiếu cố định hay quay.
Trong trường hợp máy điện đồng bộ, số lượng stator chuyển đến rotor. Id và Iq đặc
trưng cho hai dòng điện DC chảy trong hai cuộn dây roto tương đương, tạo ra từ
thông giống nhau cũng như dòng điện stato Ia, Ib, và Ic.
Bạn có thể dùng khối này trong hệ thống điều khiển để đo thánh phần nối tiếp
dương V1 dòng điện và điện áp 3 pha. Vd và Vq (hay Id và Iq) được thay thế những
tạo độ vuông góc của thành phần nối tiếp dương.
Bạn có thể dùng khối Math Function và khối Trigonometric Function để thu được
độ lớn và acgument của V1:
Hệ thống đo lường này không đưa ra sự chậm trể, nhưng, trái lại phép phân tích
Fourier được thực hiện trong khối Sequence Analyzer, nó dễ bị mất cân bằng và
sóng hài.
Simpower-system
Page 321 of 545
Hộp thoại và thông số
Đầu vào và đầu ra
abc
Nối đến tín hiệu thứ nhất tín hiệu pha hình sin chuyển đổi [phaA pha B
pha C].
sin_cos
Nối đến tín hiệu thứ hai một tín hiệu vecto chứa giá trị [sin( t) cos( t)],
trong đó là tốc độ quay của khung quy chiếu.
dq0
Đầu ra là tín hiệu vecto chứa 3 thành phần [d q o].
Example
Phấn demo power_3phsignaldq sử dụng khối Discrete Three-Phase
Programmable Source để tạo ra điện áp dãy dương 1 p.u., 15 degrees. Lúc 0.05 sthe
dáy điện áp dương tăng lên đến 1.5 p.u. và lúc 0.1 s một sự không cân bằng được
tạo ra bằng cách thêm thành phần âm 0.3 p.u với góc lệch pha -30 degrees. Độ lớn
và biên độ của thành phần dãy dương được đánh giá theo hai hướng khác nhau:
Tính toán dáy của phương pháp phasors sử dụng phép phân tích
Fourier.
Sự chuyển đổi abc-to-dq0.
Simpower-system
Page 322 of 545
Bắt đầu mô phỏng và quan sát các tín hiệu tức thời Vabc (Scope1), các tín hiệu
trả về bởi Sequence Analyzer (Scope2), và sự chuyển đổi abc-to-dq0 (Scope3).
Simpower-system
Page 323 of 545
Chú ý Sequence Analyzer, dùng phép phân tích Fourier, khử thành phần song hài
và không cân bằng. Tuy nhiên đáp ứng của nó 1 bước là một độ dốc chu kỳ. Sự
chuyển đổi abc-to-dqo xảy ra tức thời. Tuy nhiên, sự không cân bằng tạo ra sự dao
động sóng tại các đầu ra V1 và Phi1.
See Also
dq0_to_abc Transformation reference section
Simpower-system
Page 324 of 545
Nguồn dòngAC
Purpose
Nguồn điện hình sin
Library
Nguồn điện
Mô tả
Khối AC Current Source cung cấp nguồn dòng điện AC lý tưởng. Chiều dòng
điện dương được cho thấy trong biểu tượng khối. Dòng điện I được mô tả bằng mối
quan hệ :
Góc lệch pha và biên độ có thể mang giá trị âm. Tần số zero chỉ ra nguồn dòng
DC. Bạn không thể enter một giá trị tần số âm; Simulink trả về một lỗi trong trường
hợp này, và khối hiển thị một dấu chấm hỏi trong biểu tượng khối. Bạn có thể thay
đổi thông số 3 khối đầu tai mọi lúc trong khi mô phỏng.
Dialog Box and Parameters
Peak amplitude
Biên độ đỉnh của dòng điện (A).
Phase
Simpower-system
Page 325 of 545
Góc lệch pha (deg).
Frequency
Tần số nguồn (Hz).
Sample time
Chu ký mẫu, (s). Mặc đinh là 0, tương ứng với nguồn liên tục.
Measurements
Chọn Current để đo dòng điện chảy qua khối AC Current Source block.
Đặt một khối Multimeter trong mô hình để hiển thị các giá trị đo lường đã
lựa chọn trong quá trình mô phỏng. Trong danh mục Available
Measurements của khối Multimeter, các giá trị đo được định nghĩa bằng
nhãn cho trong bảng sau.
Measurem
ent
La
bel
Current Isrc
:
Example
Phần demo power_accurrent dùng hai khối AC Current Source nối song song để
tổng hợp hai dòng điện hình sin trong một điện trở.
See Also
Controlled Current Source reference section, Multimeter reference section
Công suất tác dụng & công suất phản Measure the active and reactive powers of a voltage-current pair
Thư viện
Extras/Measurements
Sự gián đoạn của khối được dùng trong thư viện Extras/Discrete Measurements
library.
Simpower-system
Page 326 of 545
Mô tả
Khối Active & Reactive Power đo công suất tác dụng P và công suất phản kháng
Q liên quan đến cặp điện áp-dòng điện tuần hoàn mà có thể chứa các sóng hài. P và
Q được tính toán bằng việc tính trung bình tich số V I với của sổ hơn một chu kỳ
của tần số cơ bản, do đó các công suât được xác định lúc tần số cơ bản.
Trong đó T = 1/(tần số cơ bản ).
Một dòng điện chảy trong nhánh RL, cho ví dụ, tạo ra công suất phản kháng và
công suất tác dụng dương.
Khối sử dụng một của sổ window, một chu kỳ mô phỏng phải được hoàn thành
trước khi đầu ra cho công suất tác dụng và công suất phản kháng chính xác.
Sự gián đoận của khối này, có thể dùng trong thư viện Extras/Discrete
Measurements, cho phép bạn xác định dòng điện và điện áp đầu vào ban đầu (độ
lớn và góc pha). Chu kỳ đầu của sự mô phỏng tín hiệu đầu ra được giữ không đổi sử
dụng các giá trị được xác định bằng các thông số đầu vào ban đầu.
Dialog Box and Parameters
Fundamental frequency (Hz)
Tần số cơ bản của điện áp và dòng điện tức thời, in hertz.
Simpower-system
Page 327 of 545
Inputs and Outputs
V
Tín hiệu thứ nhất là điện áp tức thời
I
Tín hiệu thứ hai là dòng điện tức thời
PQ
Tín hiệu đầu ra là một vecto [P Q] của công suất tác dụng và công suất
phản kháng.
Example
Demo power_transfo mô tả máy biến áp phân phối 3 cuộn dây có các thông số sau
75 kVA:14400/120/120 V. cuộn dây sơ cấp máy biện áp được nối đến nguồn điện
áp cao 14400 Vrms. Hai điện kháng giống nhau (20 kW-10 kvar) được nối đến hai
cuộn dây sơ cấp. Tải dung thứ 3 (30 kW-20 kvar) cung cấp lúc 240 V.
Ban đầu, máy cắt điện nối tiếp với tảiLoad 2 thí đóng, do đó hệ thống cân bằng.
Khi máy cắt mở, một dòng điện bắt đầu chảy trong đương trung tính là kết quả của
sự không cân bằng tải.
Công suất sơ cấp tính từ dòng điẹn áp và dòng điện sơ cấp được tính toán bằng
khối Active & Reactive Power. Khi máy cắt mở, công suất tác dụng giảm từ70 kW
đến 50 kW.
Simpower-system
Page 328 of 545
AC Voltage Source
Nguồn điện áp hình sin
Library
Nguồn điện áp
Mô tả
Khối AC Voltage Source block cung cấp nguồn điện áp AC lý tưởng. Điện áp U
được mô tả bằng mối quan hệ:
Biên độ và pha cho phép giá trị âm. Nguồn áp DC có tần số xác định là 0. Không
cho phép tần số âm; nếu không Simulink sẽ báo lỗi, và hiển thị 1 câu hỏi trong biểu
tuợng khối.
Simpower-system
Page 329 of 545
Hộp hội thoại và các thông số
Peak amplitude
Biên độ đỉnh điện áp phát (V).
Phase
Pha (độ).
Frequency
Tần số nguồn (Hz).
Sample time
Chu kì lấy mẫu (s). Mặc định là 0, tương ứng với nguồn liên tục.
Measurements
Select Voltage để đo áp qua cac đầu khối AC Voltage Source.
Thay thế khối Multimeter vào mô hình để hiển thị các giá trị đo trong thời
gian mô phỏng. Trong hộp liệt kê Available Measurements của khối
Multimeter, xác định phép đo bằng nhãn theo tên khối.
Measurem
ent
La
bel
Voltage Usr
c:
Example
Demo power_acvoltage dùng 2 khối AC Voltage Source ở tần số khác nhau nối
nối tiếp qua điện trở. Đọc tổng 2 áp bằng khối Voltage Measurement.
Simpower-system
Page 330 of 545
Xem thêm
Controlled Voltage Source reference section, DC Voltage Source reference
section, Multimeter reference section
Máy điện không đồng bộ
Mô hình động lực học máy không đồng bộ 3 pha cũng xem như máy cảm ứng
Library
Machines
Description
Khối Asynchronous Machine la việc trong cả 2 chế độ máy phát và động cơ. Chế
độ làm việc theo dấu mômen cơ:
Nếu Tm dương, máy làm việc như động cơ.
Nếu Tm âm, máy làm việc như máy phát.
Thể hiện phần điện máy bằng mô hình không gian trạng thái thứ 4 và phần cơ
bằng hệ thống thứ 2. Tất cả các biến và thông số liên quan đến stator. Điều này thể
hiện ở kí hiệu đầu tiên trong phương trình cho ở dưới. Tất cả các đại lượng stator và
rotor là trong 2 trục quy chiếu bất kì (trục dq). Các chỉ số sử dụng được định nghĩa
như sau:
Subscr
ipt
Definition
Simpower-system
Page 331 of 545
d Đại lượng trục d
q Đại lượng trục q
r Đại lượng Rotor
s Đại lượng Stator
l Điện cảm móc
vòng
m Điện cảm từ hóa
Hệ thống điện
Hệ thống cơ
Định nghĩa các thông số khối Asynchronous Machine như sau (tất cả các đại
lượng liên quan đến stator):
Thông số Định nghĩa
Rs, Lls Điện trở Stator và điện cảm móc vòng.
Simpower-system
Page 332 of 545
R'r, L'lr Điện trở Rotor và điện cảm móc vòng.
Lm Điện cảm từ hóa.
Ls, L'r Tổng điện cảm stator và rotor.
Vqs, iqs Áp và dòng stator trục q.
V'qr, i'qr Áp và dòng rotor trục q.
Vds, ids Áp và dòng stator trục d.
V'dr, i'dr Áp và dòng rotor trục d.
qs, ds Từ thông trục q và d Stator.
'qr, 'dr Từ thông trục q và d Rotor.
m Vận tốc góc rotor.
m Vị trí góc Rotor.
p Số cặp cực.
r Vận tốc góc điện ( m x p).
r Vị trí góc điện rotor ( m x p).
Te Mômen điện từ.
Tm Mômen trục cơ.
J Kết hợp hệ số quán tính rotor và tải. Đặt ∞ để mô phỏng khóa rotor.
H Kết hợp hằng số quán tính rotor và tải. Đặt ∞ để mô phỏng khóa
rotor.
F Kết hợp hệ số ma sát nhớt rotor và tải.
Hộp hội thoại và các thông số
Bạn có thể chọn giữa 2 khối Asynchronous Machine để xác định thông số điện và
cơ của mô hình.
Simpower-system
Page 333 of 545
Preset model
Cung cấp 1 tâp hợp các thông số điện và cơ công suất định mức nhiều máy
không đồng bộ (HP), áp pha-pha (V), tần số (Hz), và tốc độ định mức (rpm).
Chọn một trong các mô hình có sẵn để tải các thông số điện và cơ tương
ứng trong hộp hội thoại. Chọn No nếu bạn không muốn dùng mô hình có
sẵn.
Chọn thông số Show detailed parameters để xem và soạn thảo các thông
số chi tiết kết hợp với mô hình có sẵn.
Show detailed parameters
Nếu chọn, mặt nạ hiển thị chi tiết thông số khối Asynchronous Machine.
Thông số chi tiết có thể thay đổi không ảnh hưởng gì chọn mô hình trước
trong Preset Model.
Rotor type
Xác định nhánh rẽ cuộn rotor.
Reference frame
Xác định cơ cấu quy chiếu mà cơ cấu này thường dùng để chuyển đổi tín
hiệu điện áp đầu vào (abc reference frame) đến cơ cấu quy chiếu dq, và dòng
Simpower-system
Page 334 of 545
điện đầu ra (dq reference frame) đến khung quy chiếu abc. Bạn có thể chọn
giữa sự chuyển đổi sau:
Rotor (Park transformation)
Stationary (Clarke or transformation)
Đồng bộ
Sau những môi quan hệ sự chuyển đổi khung quy chiếu từ abc-đến-dq cho
điện áp giữa pha_pha của máy điện đồng bộ.
Trong phương trình trước, là vị trí góc khung quy chiếu, trong khi =
- r là độ lệch vị trí quy chiếu và vị trí (điện) rotor. Vì cuộn dây nối Y, không
có thành phần đơn cực (0). Điều này cũng biện hộ thực tế hai tín hiệu điện áp
giữa dây-dây được dùng bên trong mô hình để thay thế cho 3 tín hiệu điện áp
giữa pha với trung tính. Sau những môi quan hệ sự chuyển đổi khung quy
chiếu từ abc-đến-dq cho điện áp giữa pha_pha của máy điện không đồng bộ.
Bảng sau thể hiện giá trị và trong mổi khung quy chiếu ( e là vị trí
của khung quay quy chiếu đồng bộ ).
Reference
Frame
Rotor r
0
Stationary 0 - r
Synchronous e
e -
r
Simpower-system
Page 335 of 545
Sự lựa chọn khung quy chiếu có ảnh hưởng đến các dạng sóng của tất cả
các biến số dq. Nó cũng ảnh hưởng đến tốc độ mô phỏng và sự chính sác của
kết quả. Những nguyên tắc được gợi ý trong [1]:
Sử dụng khung quy chiếu nếu điện áp stator không đối xứng
hay không liên tục và điện áp rotor thì cân bằng (hay 0).
Sử dụng khung quy chiếu rotor nếu điện áp rotor không đối
xứng hay không liên tục và điện áp stator thì cân bằng.
Sử dụng mổi khung tỉnh hay đồng bộ nếu tất cả các điện áp đối
xứng và liên tục.
Công suất định mức, L-L volt, and freq.
Công suất biểu kiến định mức Pn (VA), RMS áp dây-dây Vn (V), và tần
số fn (Hz).
Stator
Điện trở stator Rs ( or p.u.) và điện cảm móc vòng Lls (H or p.u.).
Rotor
Điện trở rotor Rr' ( or p.u.) và điện cảm móc vòng Llr' (H or p.u.), cả 2
liên quan đến stator.
Mutual inductance
Điện cảm từ hóa Lm (H or p.u.).
Inertia, friction factor, and pairs of poles
Hộp hội thoại SI units: kết hợp hệ số quán tính máy điện và tải J (kg.m2),
kết hợp hệ số ma sát nhớt F (N.m.s), và số cặp cực p. Mômen ma sát Tf cân
bằng với tốc độ rotor
(Tf = F.w).
Hộp hột thoại p.u. units: hằng số quán tính H (s), kết hợp hệ số ma sts
nhớt F (p.u.), và số cặp cực p.
Initial conditions
Xác định hệ số trượt ban đầu s, góc độ điện e (độ), độ lớn dòng stator (A
or p.u.), và góc pha (độ):
[slip, th, ias, ibs, ics, phaseas, phasebs, phasecs]
Với máy điện rotor dây cuốn, bạn có thể xác định những giá trị ban đầu độ
lớn dòng rotor (A or p.u.), và góc pha (độ):
[slip, th, ias, ibs, ics, phaseas, phasebs, phasecs, iar, ibr, icr,
phasear, phasebr, phasecr]
Với máy điện lồng sóc, có thể tính toán các điều kiện đầu bằng trào lưu
công suất trong khối Powergui.
Lưu ý Tùy thuộc hộp hội thoại bạn chọn sử dụng, SimPowerSystems tự
động chuyển các thông số bạn nhập vào đơn vị tương đối. Mô hình Simulink
khối Asynchronous Machine dùng các thông số trong đơn vị p.u.
Simpower-system
Page 336 of 545
Đầu vào và đầu ra
Tm
Đầu vào Simulink khối là mômen cơ ở trục máy. Khi đầu vào là tín hiệu
Simulink dương, máy đồng bộ xem như động cơ. Khi đầu vào là tín hiệu âm,
máy đồng bộ xem như máy phát.
m
Đầu ra Simulink khối là vectơ có 21 tín hiệu. Bạn có thể phân kênh các tín
hiệu này bằng cách dùng khối Bus Selector có trong thư viện Simulink.
Tín
hiệu
Định nghĩa Đơn vị Ký
hiệu
1 Dòng Rotor ir_a A hoặc p.u. i'ra
2 Dòng Rotor ir_b A hoặc p.u. i'rb
3 Dòng Rotor ir_c A hoặc p.u. i'rc
4 Dòng Rotor iq A hoặc p.u. i'qr
5 Dòng Rotor id A hoặc p.u. i'dr
6 Từ thông Rotor
phir_q
V.s hoặc
p.u
'qr
7 Từ thông Rotor
phir_d
V.s hoặc
p.u
'dr
8 Áp Rotor Vr_q V hoặc p.u v'qr
9 Áp Rotor Vr_d V hoặc p.u v'd
10 Dòng Stator is_a A hoặc p.u. isa
11 Dòng Stator is_b A hoặc p.u. isb
12 Dòng Stator is_c A hoặc p.u. isc
13 Dòng Stator is_q A hoặc p.u. iqs
14 Dòng Stator is_d A hoặc p.u. ids
15 Từ thông Stator
phis_q
V.s hoặc
p.u. qs
Simpower-system
Page 337 of 545
16 Từ thông Stator
phis_d
V.s hoặc
p.u. ds
17 Áp Stator vs_q V hoặc p.u. vqs
18 Áp Stator vs_d V hoặc p.u. vds
19 Tốc độ Rotor rad/s m
20 Mômen điện từ Te N.m hoặc
p.u.
Te
21 Góc Rotor theta rad m
Xác định đầu cuối stator khối Asynchronous Machine bằng kí tự A, B, và C. Xác
định các đầu cuối rotor bằng kí tự a, b, va c. Lưu ý rằng không có nối trung tính
cuộn dây stator và rotor; giả thiết nối Y.
Limitations
Khối Asynchronous Machine không thể hiện tổn hao sắt và bão hòa.
Bạn phải cẩn thận khi nối nguồn với stator. Nếu bạn chọn cung cấp nguồn cho
stator thông qua nguồn áp vô cùng lớn 3 pha nối Y, bạn phải dùng nguồn nối Y.
Tuy nhiên nếu bạn chọn mô phỏng nguồn nối , bạn chỉ phải dùng 2 nguồn mắc nối
tiếp.
Example
Demo power_pwm minh họa dùng khối Asynchronous Machine trong hcế độ
động cơ. Nó bao gồm máy dồng bộ trong hệ thống điều khiển tốc độ vòng hở.
Rotor máy bị ngắn mạch, và stator được cung cấp bằng bộ nghịch lưu PWM, xây
dựng với khối Simulink và giao diện với khối Asynchronous Machine qua khối
Controlled Voltage Source. Bộ nghịch lưu dùng điều biến độ rộng xung hình sin,
trình bày ở [2]. Tần số cơ bản sóng hình sin quy chiếu đặt là 60 Hz và tàn số sóng
mang răng cưa đặt ở 1980 Hz. Điều này tương ứng với hệ số điều biến tần số mf là
33 (60 Hz x 33 = 1980). Nó được giới thiệu ở [2] rằng mf bội số lẻ 3 và giá trị đó
càng cao càng tốt.
Simpower-system
Page 338 of 545
Nối máy 3 HP với tải hằng giá trị định mức (11.9 N.m). Nó khởi động và đạt đến
tốc độ đặt là 1.0 p.u. ở t = 0.9 giây.
Các thông số máy tìm thấy trong hộp hội thoại SI Units ở trên, ngoại trừ điện
cảm móc vòng stator, nó được đặt 2 lần giá trị định mức của nó. Nó dùng để mô
phỏng một cuộn cảm đặt giữa bộ nghịch lưu và máy điện. Cũng vậy , khung quy
chiếu tỉnh đã được dùng để thu được kết quả sau.
Mở demo power_pwm. Lưu ý trong các thông số mô phỏng là yêu cầu dung sai
tương đối nhỏ vì bộ biến đổi có tốc độ chuyển mạch cao.
Chạy mô phỏng, quan sát mômen và tốc độ máy.
Simpower-system
Page 339 of 545
Hình đầu đưa ra tốc độ máy đi từ 0 đến 1725 rpm (1.0 p.u.). Hình thứ 2 đưa ra
mômen điện từ do máy sinh ra. Vì cung cấp cho stator bằng bộ nghịch lưu PWM,
quan sát mômen nhiễu.
Tuy nhiên nhiễu này rõ ràng không phải trong tốc độ vì nó được quán tính máy
lọc rồi, nhưng nó cũng có thể thấy trong dòng stator và rotor, xem hình tiếp.
Simpower-system
Page 340 of 545
Cuối cùng, xem đầu ra bộ nghịch lưu PWM. Vì không có gì quan tâm có thể thấy
trong dải thời gian mô phỏng, Đồ thị tập trung vào một thời gian ngắn cuối mô
phỏng.
Simpower-system
Page 341 of 545
Tham khảo
[1] Krause, P.C., O. Wasynczuk, and S.D. Sudhoff, Analysis of Electric
Machinery, IEEE Press, 1995.
[2] Mohan, N., T.M. Undeland, and W.P. Robbins, Power Electronics:
Converters, Applications, and Design, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1995,
Section 8.4.1.
Xem thêm
Machine Measurement Demux reference section, Powergui reference section
Breaker
Thực hiện mở máy cắt khi dòng qua giá trị 0
Library
Elements
Simpower-system
Page 342 of 545
Description
Khối Breaker là một máy cắt mà số lần đóng mở mạch có thể điều khiển bằng cả
từ tín hiệu Simulink bên ngoài (chế độ điều khiển ngoài), hoặc từ bộ đếm thời gian
điều khiển trong (chế độ điều khiển trong).
The arc extinction process is simulated by opening the breaker device when the
current passes through 0 (first current zero crossing following the transition of the
Simulink control input from 1 to 0).
Khi máy cắt đóng xem nó như mạch điện trở. Thể hiện nó bằng điện trở Ron. Giá
trị Ron có thể đặt nhỏ cần thiết để không đáng kể đối với các thành phần ngoài (giá
trị cụ thể là 10 m ). Khi máy cắt mở thì nó là điện trở vô cùng lớn.
Nếu đặt khối Breaker ở chế độ điều khiển ngoài, 1 đầu vào Simulink xuất hiện
trên biểu tượng khối. Nối tín hiệu điều khiển với đầu vào Simulink phải là 0 hoặc 1:
0 để mở máy cắt, 1 để đóng máy cắt. Nếu đặt khối Breaker ở chế độ điều khiển
trong, số lần đóng mở xác định trong hộp hội thoại của khối.
Nếu trạng thái máy cắt ban đầu đặt là 1 (đóng), SimPowerSystems tự động khởi
tạo tất cả các trạng thái mạch tuyến tính và dòng ban đầu khối Breaker vì vậy sự mô
phỏng bắt đầu ở trạng thái ổn định.
Một mạch điện nối tiếp Rs-Cs trong mô hình. Nó có thể được nối đến máy cắt
điện. Nếu khối Breaker nối tiếp với mạch điện cảm, một mạch điện hở hay nguồn
dòng, mà bạn phải dùng một bộ giảm.
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 343 of 545
Breaker resistance Ron
Điện trở trong máy cắt ohm ( ). Thông số Breaker resistance Ron
không thể đặt là 0.
Initial state
Trạng thái ban đầu máy cắt. Hiển thị tiếp điểm đóng trong biểu tượng khối
khi thông số Initial state đặt là 1, và mở khi đặt là 0.
Snubber resistance Rs
Điện trở giảm, ( ). Đặt thông số Snubber resistance Rs tiến đến vô cùng
để loại bộ giảm từ mô hình.
Snubber capacitance Cs
Điện dung giảm, (F). Đặt thông số Snubber capacitance Cs tiến đến 0 để
loại snubber, hay tiến đến vô cùng để được a resistive snubber.
Switching times
Xác địng vecto của thời gian chuyển mạch khi sử dụng khối Breaker trong
mô hình điều khiển trong. Mổi lúc thời gian chuyển mạch của khối Breaker
mở hay đóng phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của nó. Ví dụ, nếu thông số
Initial state là 0 (mở), máy cắt đóng lúc thời gian chuyển mạch đầu tiên, mở
lúc thời gian chuyển mạch thứ 2và at the first switching time, opens at the
second switching time, …vv. Thông số Switching times không được nhìn
Simpower-system
Page 344 of 545
thấy trong hộp thoại nếu thong số External control of switching times được
chọn.
External control of switching times
Nếu chọn, thêm đầu vào Simulink đến khối Breaker để điều khiển ngoài
thời gian chuiyển mạch máy cắt. Định nghĩa thời gian chuyển mạch bằng tín
hiệu logic (0 hoặc 1) nối với đầu vào Simulink.
Measurements
Chọn áp nhánh (Branch) để đo áp qua các đầu cuối khối Breaker.
Chọn dòng nhánh (Branch current) để đo dòng đi qua khối Breaker. Nếu
nối thiết bị giảm chấn với mô hình máy cắt, dòng đo là dòng chỉ đi qua tiếp
điểm máy cắt.
Chọn áp và dòng nhánh để đo áp và dòng máy cắt.
Đặt khối Multimeter vào mô hình để hiển thị những phép đo lựa chọn
trong thời gian mô phỏng.
Trong hộp liệt kê Available Measurements khối Multimeter, xác định phép đo
bằng nhãn theo tên khối:
Measurement Label
Branch voltage Ub:
Branch current Ib:
Limitations
Khi nối khối nối tiếp với điện cảm hoặc nguồn dòng khác, bạn phải thêm mạch
đệm. Trong hầu hết các ứng dụng bạn có thể dùng bộ đệm điện trở (đặt thông số
Snubber capacitance là inf) với điện trở lớn (đặt thông số Snubber resistance là
1e6 hoặc so). Because of modeling constraints, điện cảm trong máy cắt Ron không
thể là 0.
Bạn phải dùng một thuật giải liên hợp để mô phỏng mạch có khối Breaker.
ode23tb hoặc ode15s với các thông số mặc định thường cho tốc độ mô phỏng tốt
nhất.
Example
Demo power_breaker minh họa máy cắt mắc nối tiếp với mạch RL nối tiếp trong
hệ thống điện có nguồn áp 60 Hz. Điều khiển thời gian chuyển mạch khối Breaker
bằng tín hiệu Simulink. Ban đầu máy cắt đóng và mở ở t = 1.5 chu kì, khi dòng cực
đại. Dòng dòng ở điểm 0 kế tiếp, thì máy cắt đóng ở điểm điện áp 0 ở t = 3 chu kì.
Simpower-system
Page 345 of 545
Mô phỏng sinh ra kết quả sau.
Lưu ý rằng máy cắt mở chỉ khi dòng tải bằng 0, sau khi mở.
See Also
Three-Phase Fault reference section
Connection Port
Tạo cổng bộ kết nối mô hình vật lý (Physical Modeling) cho hệ thống con
Library
Simpower-system
Page 346 of 545
Elements
Description
Khối Connection Port, đặt trong một hệ thống con của các khối
SimPowerSystems, creates a Physical Modeling open round connector port on the
boundary of the subsystem. Once connected to a connection line, the port becomes
solid . Trước khi bạn bắt đầu mô phỏng, the solid port becomes an electrical
terminal port, an open square .
Bạn nối riêng những khối SimPowerSystems và hệ thống con của khối
SimPowerSystems nối với nhau bằng những đường nối SimPowerSystems, thay thế
đường tín hiệu Simulink định mức. Chúng được giữ lại lúc mở, các cổng nối vòng
Hệ thống con của khối SimPowerSystems tự động mở các cổng nối vòng. Bạn có
thể thêm các cổng nối bằng cách thêm các khối Connection Port trong hệ thống con.
Hộp hội thoại và các thông số
Port number
Nhãn cổng nối hệ thống con được tạo bởi khối. Cổng nối Multiple trên
ranh giới của hệ thống con đơn yêu cầu những số khác như các nhãn. Giá trị
mặc định cho cổng thứ nhất là 1.
Port location on parent subsystem
Chọn phía nào của hệ thống con mẹ là cổng được đặt trên nó. Chọn là Left
hay Right. Mặc định là Left.
See Also
Thấy Creating Subsystems trong tài liệu Simulink
Controlled Current Source
Nguồn điện áp điều khiển
Library
Các nguồn điện
Simpower-system
Page 347 of 545
Mô tả
Khối Controlled Current Source tạo ra nguồn dòng được điều khiển bởi tín hiệu
Simulink. Chiều dương dòng điện cho thấy bằng mủi tên trong biểu tượng khối.
Bạn có thể gán cho khối Controlled Current Source với dòng điện AC hay DC.
Nếu bạn muốn bắt đầu mô phỏng trong trạng thái ổn định,tín hiệu đầu vào của khối
phải được nối đến tín hiệu khởi động là dạng sóng hình sin hay DC tương ứng với
những giá trị ban đầu.
Dialog Box and Parameters
Initialize
Nếu chọn, gán cho khối Controlled Current Source với những thông số
Initial current, Initial phase, và Initial frequency .
Source type
Tham số Source type không được nhìn thấy nếu tham số Initialize không
được chọn.
Simpower-system
Page 348 of 545
Kiểu của nguồn. Chọn AC để gán cho Controlled Current Source Block
như là nguồn dòng AC. Chọn DC để gán cho Controlled Current Source như
là dòng điện DC.
Initial current
Thông số Initial current không được nhìn thấy trong hộp thoại nếu thong
số Initialize không được chọn. Dòng điện đỉnh ban đầu cho sự tạo khởi của
nguồn (A).
Initial phase
Góc pha ban đầu cho sự tạo khởi của nguồn, in degrees. Thông số Initial
phase không được nhìn thấy trong hộp thoại nếu thông số Source type đặt là
DC.
Initial frequency
Tần số ban đầu cho sự tạo khởi của nguồn, in hertz (Hz). Thông số Initial
phase không được nhìn thấy trong hộp thoại nếu thông số Source type đặt là
DC.
Measurements
Chọn Current để đo dòng điện chẩy qua khối Controlled Current Source.
Đặt khối Multimeter trong mô hình của bạn để hiển thị giá trị đo lường đã
chọn trong quá trình mô phỏng. Trong Available Measurements list box
của khối Multimeter, giá trị đo lường đựợc định nghĩa bằng nhãn trong bảnb
sau:
Measurement Label
Current Isrc:
Example
Demo power_controlcurr sử dụng Controlled Current Source để tạo ra dòng điện
60 Hz điều biến lúc 5 Hz.
Sự mô phỏng tạo ra dạng sóng sau:
Simpower-system
Page 349 of 545
See Also
AC Current Source reference section, Controlled Voltage Source reference
section, Multimeter reference section
Controlled Voltage Source
Nguồn điện áp điều khiển
Library
Nguồn điện
Description
Khối Controlled Voltage Source tạo ra một nguồn điện áp được điều khiển bằng
tín hiệu Simulink.
Bạn có thể gán cho khối Controlled Voltage Source với dòng điện AC hay DC.
Nếu bạn muốn bắt đầu mô phỏng trong trạng thái ổn định,tín hiệu đầu vào của khối
phải được nối đến tín hiệu khởi động là dạng sóng hình sin hay DC tương ứng với
những giá trị ban đầu.
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 350 of 545
Initialize
Nếu chọn, gán cho khối Controlled Voltage Source với những thông số
Initial current, Initial phase, và Initial frequency.
Source type
Tham số Source type không được nhìn thấy nếu tham số Initialize không
được chọn.
Kiểu của nguồn điện áp. Chọn AC để gán cho Controlled VoltageSource
Block như là nguồn điện áp AC. Chọn DC để gán cho Controlled Voltage
Source như là điện áp DC
Initial voltage
Thông số Initial voltage không được nhìn thấy trong hộp thoại nếu thong
số Initialize không được chọn. Điện áp đỉnh ban đầu cho sự tạo khởi của
nguồn (A).
Initial phase
Góc pha ban đầu cho sự tạo khởi của nguồn, in degrees. Thông số Initial
phase không được nhìn thấy trong hộp thoại nếu thông số Source type đặt là
DC.
Initial frequency
Tần số ban đầu cho sự tạo khởi của nguồn, in hertz (Hz). Thông số Initial
phase không được nhìn thấy trong hộp thoại nếu thông số Source type đặt là
DC.
Measurements
Simpower-system
Page 351 of 545
Chọn Voltage để đo điện áp của khối Controlled Voltage Source.
Đặt khối Multimeter trong mô hình của bạn để hiển thị giá trị đo lường đã
chọn trong quá trình mô phỏng. Trong Available Measurements list box
của khối Multimeter, giá trị đo lường đựợc định nghĩa bằng nhãn trong bảng
sau:
Measurement Label
Điện áp Usrc:
Example
Phần demo power_controlvolt sử dụng các khối Controlled Voltage Source để tạo
ra điện áp hình sin có tần số 60 Hz chứa tần số sóng hài bậc 3. Khối One Controlled
Voltage Source block được gán giá trị như nguồn điện áp 120 V AC với tần số 60
Hz và góc pha ban đầu là 0. Khối second Controlled Voltage Source không được
gán.
Lúc t = 0.0333 s một tín hiệu điện áp hình sin 100 V-180 Hz được tăng đến tín
hiệu 120 V Simulink. Kết quả điện áp tụ điện được so sánh trên khối Scope
Điện áp Vc bắt đầu ở trạng thái xác lập, trong khi điện áp Vc1 chứa phần bù DC.
Simpower-system
Page 352 of 545
See Also
AC Current Source reference section, Controlled Current Source reference
section, Multimeter reference section
Current Measurement
Đo dòng trong mạch
Library
Measurements
Description
Dùng khối Current Measurement để đo dòng tức thời đi qua bất kì khối điện nào
hoặc đuờng dây nào. Đầu ra Simulink cung cấp tín hiệu Simulink có thể sử dụng
bằng các khối Simulink khác.
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 353 of 545
Output signal
Định dạng tín hiệu đầu ra khi khối được sử dụng trong phương pháp
phasor. Thông số Output signal được vô hiệu hóa khi khối không được sử
dụng trong phép mô phỏng phasor. Phương pháp mô phỏng phasor được
thực hiện bằng khối Powergui đặt trong mô hình.
Chọn Complex để dòng đo đầu ra như là 1 giá trị phức tạp. Tìn hiệu này là
một tín hiệu phức tạp.
Chọn Real-Imag để đầu ra của dòng đo gồm phần thực và phần ảo. Đầu ra
là vecto của hai thành phần này.
Chọn Magnitude-Angle để đầu ra của dòng điện đo là độ lớn và góc pha.
Đầu ra là vecto của hai thành phần này.
Chọn Magnitude để đầu ra của dòng điện đo là độ lớn. Đầu ra là giá trị vô
hướng .
Example
Demo power_currmeasure dùng khối Current Measurement để đọc dòng trong
các nhánh khác. 2 scope đều hiển thị dòng.
See Also
Powergui reference section, Three-Phase V-I Measurement reference section,
Voltage Measurement reference section
DC Machine
Máy điện DC kích từ độc lập
Simpower-system
Page 354 of 545
Library
Machines
Description
Khối này là một máy điện kích từ độc lập This block implements a separately
excited DC machine. Sự truy cập được cung cấp đến các cực (F+, F-) do đó mô hình
máy điện có thể được dùng máy điện DC nối sun hay máy điện DC nối tiếp. Mômen
cung cấp cho trục được tạo ra tại đầu vào Simulink TL.
Mạch phần ứng (A+, A-) có 1 điện cảm La và điện trở Ra nối tiếp với một lực
điện động (counter-electromotive force) (CEMF) E.
CEMF cân bằng với tốc độ máy
KE là hàng số áp và là tốc độ máy.
Trong máy DC kích từ riêng, hằng số áp KE cân bằng với dòng trường If:
Với Laf là hỗ cảm trường phần ứng.
Mômen điện cơ do máy DC sinh ra cân bằng với dòng phần ứng Ia.
Với KT là hằng số mômen. Dấu quy ước cho Te và TL là
Hằng số mômen bằng hằng số áp.
Nối mạch phần ứng giữa cực A+ và A- khối DC Machine. Thể hiện bằng nhánh
Ra La nối tiếp mắc nối tiếp với khối Controlled Voltage Source và Current
Measuremen.
Simpower-system
Page 355 of 545
Phần cơ:
Thể hiện mạch trường bằng 1 mạch RL. Nối mạch RL giữa cổng F+ và F- của
khối DC Machine.
Phần cơ tính toán tốc độ máy DC từ mômen hệ thống cấp cho rotor. Dùng tốc độ
để thực hiện sức điện động CEMF E mạch phần ứng.
Thể hiện phần cơ bằng khối Simulink thực hiện phương trình.
Với J = quán tính, Bm = hệ số ma sát nhớt, và Tf = Coulomb mômen ma sát.
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 356 of 545
Preset Model
Cung cấp tập hợp những thông số điện và cơ đã định trước cho các máy
điện DC tương đương công suất (HP), điện áp DC (V), tỉ số tốc độ (rpm), và
điện áp trường(V).
Chọn một trong những mô hình hiện tại để tải những thông số điện và cơ
tương ứng trong những mục của hộp thoại. Chọn No nếu bạn không muốn
dùng mô hình sơ bộ.
Chọn Show detailed parameters để quan sát và soạn thảo những tham số
chi tiết liên quan đến mô hính hiện sơ bộ.
Show detailed parameters
Nếu chọn, mặt nạ hiển thị các thông sốchi tiết của khối DC Machine .
Những thông số chi tiết có thể được sửa đổi vấn đề mô hình sơ bộ mà bạn đã
chọn trong dang sách Preset Model .
Armature resistance and inductance [Ra La]
Điện trở phần ứng Ra, in ohms, và điện kháng phần ứng La, in henries.
Field resistance and inductance [Rf Lf]
Điện trở trường Rf, in ohms, điện kháng trường Lf, in henries.
Field armature mutual inductance Laf
Simpower-system
Page 357 of 545
Điện kháng cảm ứng, in henries.
Total inertia J
Tổng mômen quán tính của máy điện DC, in kg.m2.
Viscous friction coefficient Bm
Tổng hệ số ma sát của máy điện DC, in N.m.s.
Coulomb friction torque Tf
Tổng hắng số mômen ma sát Coulomb của máy điện DC, in N.m.
Initial speed
Xác định tốc độ ban đầu cho máy điện DC, in rad/s, để bắt đầu mô phỏng
với tốc độ ban đầu. Để khởi độn mô phỏng trong trạng thái xác lập, giá trị
ban đầu của tín hiệu mômen đầu vào TL phải tỉ lệ với tốc độ ban đầu.
Inputs and Outputs
m
Tín hiệu đầu ra Simulink của khối là một vecto chứa 4 tín hiệu. Bạn có thể
phân các tín hiệu bằn cách sử dụng khối Bus Selector được tạo ra trong thư
viện Simulink library.
Tín
hiệu
Định nghĩa Đơn
vị
1 Tốc độ wm rad/
s
2 Dòng điện phần ứng
ia
A
3 Dòng điệnn if A
4 Electrical torque Te N.m
Example
The power_dcmotor demo illustrates the starting of a 5 HP 240 V DC machine
with a three-step resistance starter.
Simpower-system
Page 358 of 545
Hệ thóng con Motor Starter là
References
Analysis of Electric Machinery, Krause et al., pp. 89-92.
See Also
Simpower-system
Page 359 of 545
Asynchronous Machine reference section, Synchronous Machine reference
section
DC Voltage Source
Implement a DC voltage source
Library
Electrical Sources
Description
Khối DC Voltage Source thực hiện nguồn áp DC lý tưởng. Thể hiện đầu dương
bằng dấu + ở 1 cực. Bạn có thể thay đổi áp ở bất cứ thời điểm nào trong thời gian
mô phỏng.
Dialog Box and Parameters
Amplitude
Độ lớn nguồn (V).
Measurements
Select Voltage để đo áp đi qua các đầu cuối khối DC Voltage Source.
Place a Multimeter block in your model to display the selected
measurements during the simulation. In the Available Measurements list
box of the Multimeter block, the measurement is identified by a label
followed by the block name:
Measurement Label
Voltage Usrc:
Example
Demo power_dcvoltage minh họa mô phỏng đáp ứng quá độ mạch RC.
Simpower-system
Page 360 of 545
See Also
AC Voltage Source reference section, Controlled Voltage Source reference
section
Diode
Thực hiện mô hình diode
Library
Power Electronics
Simpower-system
Page 361 of 545
Description
Diode là thiết bị bán dẫn điều khiển bằng áp Vak và dòng Iak. Khi diode phân
cực thuận (Vak > 0), nó bắt đầu dẫn áp hướng thuận Vf nhỏ đi qua nó. Nó đóng khi
dòng qua thiết bị là 0. Khi diode phân cực ngược (Vak < 0), và nó vẫn ở trạng thái
này.
Mô phỏng khối Diode bằng 1 điện trở, 1 cảm, và nguồn áp DC mác nối tiếp với 1
chuyển mạch. Điều khiển sự làm việc của chuyển mạch bằng áp Vak và dòng Iak.
Khối Diode cũng có mạch Rs-Cs mạch này cũng có thể nối song song với thiết bị
diode (giữa hai điểm A và K).
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 362 of 545
Resistance Ron
Điện trở trong diode Ron, ( ). Thông số Resistance Ron không thể đặt là
0 khi thông số Inductance Lon đặt là 0.
Inductance Lon
Điện cảm trong diode Lon, (H). Thông số Inductance Lon không thể đặt
là 0 khi thông số Resistance Ron đặt là 0.
Forward voltage Vf
Áp thuận diode, (V).
Initial current Ic
Xác địng dòng diẹn ban đầu chảy qua diode. Nó thường đặt lf 0 để bắt đầu
mô phỏng với thiết bị diode. Nếu thông số Initial Current IC được đặt giá
trị lớn hơn 0,sự tính toán ổn định của SimPowerSystems về trạng thái ban
đầu của diode là đóng.
Khởi tạo tất cả các trạng thái của bộ chuyển đổi công suất điện là một
nhiệm vụ phức tạp. Do đó, sự chọn này dùng chỉ với những mạch điẹn đơn
giản.
Snubber resistance Rs
Điện trở snubber, in ohms ( ). Đặt thông số Snubber resistance Rs đên
vô cùng để triệt tiêu snubber từ mô hình.
Snubber capacitance Cs
Simpower-system
Page 363 of 545
Dung kháng snubber (F). Đặt thông số Snubber capacitance Cs là 0 để
triệt tiêu snubber, hay là vô cùng để được 1 điện trở snubber.
Show measurement port
Nếu chọn, thêm 1 khối đầu vào Simulink để trả về giá trị điện áp và dòng
điện diode.
Inputs and Outputs
m
Đầu ra Simulink khối là vectơ có 2 tín hiệu. bạn có thể phân kênh các tín
hiệu này bằng khối Bus Selector có trong thư viện Simulink.
Tín
hiệu
Định
nghĩa
Đơn
vị
1 Dòng
Diode
A
2 Áp Diode V
Assumptions and Limitations
Một mô hình vĩ mô khối Diode của thiết bị diode. Nó không kể đến hình học của
thiết bị hay các quá trình vật lý phức tạp dưới trạng thái thay đổi [1]. Dòng điện khe
hở trong thái khóa và dòng điện phục hồi nghịch đảo không được nói đến. Trong
phần lớn mạch điện, dòng điện nghịch đảo không có tác dụng chuyển đổi hay đặc
trưng của những thiết bị khác.
Tùy thực gia trị điện cảm Lon, mô hình diode như một nguồn dòng (Lon > 0)
hoặc nhưi mạch tôpô thay đổi (Lon = 0). Khối Diode không thể mắc nối tiếp với
điện cảm, nguồn dòng, hoặc mặch hở, trừ khi đang sử dụng mạch giảm chấn. Xem
Improving Simulation Performance để có chi tiết hơn về vấn đề này.
Bạn phải dùng thuật toán tích phân cứng để mô tả mạch điện có các diode.
ode23tb hay ode15s với thông số mặc định thường cho tốc độ mô phỏng tốc.
Cảm kháng Lon được gán 0 nếu bạn chọn để gián đoạn dòng điện.
Example
Demo power_diode minh họa bộ chỉnh lưu 1 xung có 1 khối Diode, 1 tải RL, và
khối nguồn áp AC (AC Voltage source).
Simpower-system
Page 364 of 545
Mô phỏng sinh ra kết quả sau.
Tham khảo
[1] Rajagopalan, V., Computer-Aided Analysis of Power Electronic Systems,
Marcel Dekker, Inc., New York, 1987.
[2] Mohan, N., T.M. Undeland, and W.P. Robbins, Power Electronics:
Converters, Applications, and Design, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1995.
Xem thêm
Simpower-system
Page 365 of 545
Thyristor reference section, Universal Bridge reference section
Discrete System
Gián đoạn mô hình không gian trạng thái 1 mạch
Library
powerlib
Description
Khối Discrete System, ở version trước của SimPowerSystems, đáp ứng đến sự
gián đoạn mô hình trạng thái của mô hình điện. Những mô hình thời gian gián đoạn
được dùng cho thành phần tuyến tính cũng như cho những khối phi tuyến của thư
viện Elements, Machines, and Power Electronics libraries of powerlib.
Lưu ý Khối này bây giờ lỗi thời. Dùng khối Powergui thay thế khối
này.
See Also
Powergui reference section
Distributed Parameter Line
Implement an N-phase distributed parameter transmission line model with
lumped losses
Thư viện
Elements
Description
Simpower-system
Page 366 of 545
Khối Distributed Parameter Line cung cấp một mô hình đường dây phân phối N
pha với các tổn thất. Mô hình dựa trên phương pháp dạng sóng lưu động của
Bergeron được sử dụng bởi Electromagnetic Transient Program (EMTP) [1]. Trong
mô hình này, tổn thất đường dây phân phối LC được đặt trưng bởi hai giá trị : trở
kháng dâng sóng và vận tốc pha .
Mô hình sử dụng thực tế mà con số e+Zi (với e là áp đường dây và i la dòng
đường dây) entering one end of the line must arrive unchanged at the other end after
a transport delay of , với d là chiều dài đường dây. Bởi dồn R/4 tại cả hai
điểm cuối của đường dây và R/2 trong điểm giữa và sử dung phương pháp bơm
dòng của SimPowerSystems, cho phép mô hình hai cổng được xuất ra.
Với , , , và .
Cho mô hình đường dây nhiều pha, For multiphase line models, modal phép biến
đổi được dùng để biến đổi số lượng đường dây từ các giá trị pha (dòng và áp đường
dây) bên trong giá trị trở kháng của nhau. Sự tính toán trước được ra trong lĩnh
vực modal trước khi chuyển đổi lại giá trị pha.
Khi so sánh tới mô hình đường dây phần PI section, đường dây phân phối dưa ra
hiện tượng truyền sóng và cuối đường dây phản xạ với sự chính xác cao. Xem sự so
sánh giữa 2 mô hình trong phần Example.
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 367 of 545
Số pha N
Xác định số pha N mô hình. Biểu tượng khối thay đổi theo số pha bạn
chọn. Khi bạn chấp nhận thông số hoặc đóng hộp hội thoại, cập nhật số đầu
vào và đầu ra.
Tần số sử dụng để xác định RLC
Xác định tần số để tính toán ma trận điện trở R, điện cảm L, và điện dung
C mô hình đường dây.
Điện trở trên đơn vị chiều dài
Điện trở R trên đơn vị chiều dài, là 1 ma trận NN ohms/km ( /km).
Với đường dây đối xứng, bạn có thể xác định ma trận NN hoặc thông số
thứ tự. Với đường đây chuyển đổi liên tục 2 hoặc 3 pha, bạn có thể nhập điện
trở thứ tự thuận và không [R1 R0]. Với đường dây 6-pha đối xứng bạn có thể
nhập các thông số thứ tự cộng với điện trở tương hỗ thứ tự không [R1 R0
R0m].
Với các đường dây không đối xứng bạn phải xác định đầy đủ ma trậnđiện
trở NN.
Điện cảm trên đơn vị chiều dài
Simpower-system
Page 368 of 545
Điện cảm L trên đơn vị chiều dài, là 1 ma trận NN henries/km (H/km).
Với đường dây đối xứng, bạn có thể xác định ma trận NN hoặc thông số
thứ tự. Với đường đây chuyển đổi liên tục 2 hoặc 3 pha, bạn có thể nhập điện
cảm thứ tự thuận và không [L1 L0]. Với đường dây 6-pha đối xứng bạn có
thể nhập các thông số thứ tự cộng với điện cảm tương hỗ thứ tự không [L1
L0 L0m].
Với các đường dây không đối xứng bạn phải xác định đầy đủ ma trận điện
cảm NN.
Điện dung trên đơn vị chiều dài
Điện dung C trên đơn vị chiều dài, là 1 ma trận NN farads/km (F/km).
Với đường dây đối xứng, bạn có thể xác định ma trận NN hoặc thông số
thứ tự. Với đường đây chuyển đổi liên tục 2 hoặc 3 pha, bạn có thể nhập điện
dung thứ tự thuận và không [C1 C0]. Với đường dây 6-pha đối xứng bạn có
thể nhập các thông số thứ tự cộng với điện dung tương hỗ thứ tự không [C1
C0 C0m].
Với các đường dây không đối xứng bạn phải xác định đầy đủ ma trận điện
dung NN.
Lưu ý Khối Powergui cung cấp công cụ đồ họa cho tính toán điện trở,
điện cảm, và điện dung trên đơn vị chiều dài dựa vào đặc tính hình học và
điện cảm đường dây.
Line length
Chiều dài dừong dây, km.
Measurements
Chọn áp pha-đất (Phase-to-ground) để đo áp gửi và nhận cuối cho mỗi pha
mô hình đường dây.
Thay khối Multimeter trong mô hình để hiển thị đo chọn lọc trong thời
gian mô phỏng.
Trong hộp Available Measurements khối Multimeter, xác định phép đo
bằng nhãn theo tên khối:
Measurement Label
Phase-to-ground voltages, sending
end
Us_ph1_gnd:, Us_ph2_gnd:,
Us_ph3_gnd:, etc.
Phase-to-ground voltages,
receiving end
Ur_ph1_gnd:, Ur_ph2_gnd:,
Ur_ph3_gnd:, etc.
Limitations
Simpower-system
Page 369 of 545
Mô hình này không thể hiện chính xác phụ thuộc tần số các thông số RLC đường
dây công suất thực. Thực vậy vì hiệu ứng bề mặt trên điện cảm và đất, ma trận R và
L exhibit strong frequency dependence, gây ra sự suy giảm tần số cao.
Example
Demo power_monophaseline minh họa đường dây 200 km nối với nguồn vô cùng
lớn 1 kV, 60 Hz. Đuờng dây nạp và xả sau 2 chu kì. Thực hiện mô phỏng đồng thời
với khối Distributed Parameter Line và khối PI Section Line.
Điện áp đầu cuối nhận thu được với khối Distributed Parameter Line được so
sánh với một phần khối PI Section Line (two sections).
Simpower-system
Page 370 of 545
Mở Powergui. Nhấp nút Impedance vs Frequency Measurement. Một cửa sổ
mới mở ra, liệt kê 2 khối Impedance Measurement nối với mạch. Đặt thông số
Impedance vs Frequency Measurement để tính điện kháng trong dải tần [0,2000]
Hz, chọn 2 phép đo trong list, rối nhấp nút Update.
Đường dây phân phối cho thấy sự liên tiếp của các cực vá 0 được đặt cách đều
nhau, every 486 Hz. Cực thứ nhất xuất hiện tại giá trị 243 Hz, tương ứng tần số f =
1/(4 * T), trong đó:
T = thời gian chuyển = = 1.028 ms
Đường dây PI section chỉ thể hiện hai cực bởi vì nó bao gồm hai phần PI
sections. Sự so sánh trử kháng thể hiện cho thấy một của 2 phần đường dây đưa ra
sự sắp xỉ tốt của đường dây phân phối có tần số nằm trong giới hạn từ 0 đến 350
Hz.
Tham khảo
[1] Dommel, H., "Digital Computer Solution of Electromagnetic Transients in
Single and Multiple Networks," IEEE Transactions on Power Apparatus and
Systems, Vol. PAS-88, No. 4, April, 1969.
Simpower-system
Page 371 of 545
Xem thêm
PI Section Line reference section
dq0_to_abc Transformation
thực hiện một sự chuyển đổi Park từ khung quy chiếu dq0 đến khung quy chiếu
abc.
Library
Extras/Measurements
Một kiểu gián đoạn của khối này có thể dùng trong thư viện Extras/Discrete
Measurements library.
Mô tả
Khối dq0_to_abc Transformation thực hiện sự nghịch đảo của sự chuyển đổi
so-called Park, mà thường được dùng trong mô hình máy điện 3 pha. Nó biên đổi 3
lượng (thành phần ngang trục, dọc trục, và thành phần dãy không) biểu diển trong
khung quy chiếu hai trục. Sực huyển đổi được dùng :
Trong đó
Sự chuyển đổi là giống nhau cho trường hợp dòng điện 3 pha,; bạn chỉ thay thế
Va, Vb, Vc, Vd, Vq, và V0 thành Ia, Ib, Ic, Id, Iq, và I0 tương ứng.
Dùng khối dq0_to_abc Transformation trong mô hình khối Synchronous Machine
mà các đại lượng stator liên quan đến rotor. Sự chuyển đổi Park sau đó loại trừ các
điện kháng thay thay đổi theo thời gian bằng việc chuyển số lượng stator and rotor
đến khung quy chiếu cố định hay quay. Dòng Id và Iq thể hiện 2 dòng DC chạy trong
2 cuộn dây rotor đẳng trị (cuộn d trên cùng trục với cuộn trường, và cuộn q vuông
góc) sinh ra cùng từ thông như dòng Ia, Ib, và Ic stator.
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 372 of 545
Inputs and Outputs
dq0
Nối đầu vào thứ nhất 1 vectơ tín hiệu có các thành phần thứ tự [d q 0] để
chuyển đổi.
sin_cos
Nối đầu vào thứ 2 một vectơ tín hiệu có giá trị [sin( t) cos( t)], với là
tốc độ góc khung quy chiếu.
abc
Đầu ra là 1 vectơ có đại lượng hình sin 3 pha [pha A pha B pha C].
Example
Xem demo khối abc_to_dq0 Transformation là một ví dụ dùng khối dq0_to_abc
Transformation.
See Also
abc_to_dq0 Transformation reference section
DTC Induction Motor Drive
Mô hình điều khiển động cơ cảm ứng điều khiển từ thông và chiều mômen
Library
Electric Drives/AC drives
Description
Sơ đồ mức cao như hình dưới xây dựng từ 6 khối chính. Động cơ cảm ứng, bộ
nghịch lưu 3 pha, và mô hình bộ chỉnh lưu diode 3 pha có trong thư viện
SimPowerSystems. Thông tin chi tiết hơn 3 khối này có trong hướng dẫn sử dụng
Simpower-system
Page 373 of 545
SimPowerSystems. Bộ điều chỉnh tốc độ, the braking chopper, và mô hình bộ điều
khiển DTC are specific to the drive library.
High-Level Schematic
AC4 Motor Drive High-level Schematic
Simulink Schematic
AC4 Motor Drive Simulink Schematic
Speed Controller
Bộ điều khiển tốc độ dựa vào bộ điều chỉnh PI như hình dưới. Đầu ra bộ điều
chỉnh này là điểm tập hợp mômen cấp cho khối điều khiển DTC.
Simpower-system
Page 374 of 545
Speed PI Regulator Schematic
DTC Controller
Bộ điều khiển DTC có 5 khối chính. Mô tả các khối này ở dưới.
Tách các tín hiêu đo lường mô hình máy điện vào các tín hiệu riêng biệt.
Thư viện .
Máy điện .
Mô tả
Khối The Machine Measurement Demux được sử dụng để tổng hợp các tín hiệu đo
lường của máy điện đồng bộ đơn giản, máy điện đồng bộ,máy điện không đồng bộ
và khối máy điện đồng bộ nam châm điện vĩnh cửu.
Khối the Machine Measurement Demux block được nối chính xác với tín hiệu đầu
ra máy điện .Ban chọn loai của máy điện để nối đến khối và chọn các chỉ số đo mà
bạn muốn quan sát. Đầu ra thì được thêm đến khối cho mỗi chỉ số đo trong danh
sách .
Chú ý: Bạn cũng có thể sử dụng the Bus Selector block từ Simulink library
để tổng hợp các tín hiệu đo của máy điện .
Các tham số
Loại máy điện.
Simpower-system
Page 375 of 545
Chọn khối máy điện đồng bộ đơn giản để trình bày danh sách các chỉ số đo
cho khối máy điện đồng bộ đơn giản.
Chọn khối máy điện đồng bộ để trình bày danh sách các chỉ số đo cho khối
máy điện đồng bộ.
Chọn khối máy điện không đồng bộ đơn giản để trình bày danh sách các chỉ
số đo cho khối máy không điện đồng bộ đơn giản.
Chọn khối máy điện đồng dùng nam châm vĩnh cửu để trình bày danh sách
các chỉ số đo cho khối máy điện đồng bộ đơn giản khối máy điện đồng dùng
nam châm vĩnh cửu.
Danh sách các chỉ số đo
Lựa chọn các tham số bạn muốn cho ra đầu ra .
Xem kết quả
Bus Selector
Linear Transformer Mechanical Shaft
Mechanical Shaft
Công cụ là trục máy điện
Thư viện
Truyền động điện trục và bộ giảm tốc độ .
Mô tả
Mô hình đầu ra truyền mô men xoắn qua một trục cho ra tốc độ khác nhau ở giữa
phía truyền lực và phía tải của trục.
Mô men truyền xoắn được cho bởi công thức sau:
Simpower-system
Page 376 of 545
Trong đó K (N.m) là độ cứng của trục B (N.m.s) là độ phá huỷ nội bộ và
là tốc độ (rad/s) phía truyền lực và phía tải của trục tách biệt ra. Sơ đồ bên dưới là
giả đồ nội bộ của mô hình. Trong mô hình này tốc độ được chuyển đổi từ rpm sang
rad/s..
Giản đồ mô hình trục máy
Độ cứng thì được định nghĩa bằng công thức .
Trong đó T là mô men xoắn cấp đến trục và là góc lệch kết quả (rad).
Độ cứng cũng được định nghĩa bằng:
Trong đó suất biến dạng, J là mô men quán tính, l là chiều dài của trục
Với thép suất biến dạng thường ở mức 80 GPa, và cực của mômen quán tính J của
trục đoạn mạch đường kính D được cho bởi :
Trục máy có góc lệch nhỏ để tránh các vấn đề nẩy sinh. Ví dụ như bảng bên dưới độ
cứng tương ứng với góc lệch 0.1 độ ở độ xoắn lớn nhất đứng về khía cạnh năng
lượng và tốc độ của mô men điện nối với điểm cuối của trục nối với điểm cuối của
trục. Độ xoắn lớn nhất ở đây cộng thêm 1.5 lần lớn hơn độ xoắn thường .
Độ cứng của trục K
P (HP) N (rpm) T (N.m) Tmax (N.m) (=1.5 T) K (N.m)
Simpower-system
Page 377 of 545
5 1750 20 30 17190
200 1750 815 1223 700730
200 1200 1190 1785 1022730
Hệ số giảm sóc B được hình dung do sự va chạm nội bộ. Hệ số này tăng lên theo đọ
cứng. Ví dụ ở bảng sau cho một số giá trị của độ cứng B ứng với độ cứng của bảng
cho trước .
Shaft Internal Damping B
K (N.m) B (N.m.s)
17190 600
700730 24460
1022730 35700
Simulink Schematic
Mechanical Shaft Simulink Schematic
Nhận xét .
Độ cứng phải đủ cao để tránh góc lệch lớn nó có thể là nguyên nhân gây ra các chấn
động bên trong .
Giảm sóc nội bộ đủ cao để tránh giá trị tốc độ tức thời không mong muốn và dao
động của mômen xoắn .
Mô hình là rời rạc. Kết quả mô phỏng chính xác với bước nhảy thời gian là 10 s
Hộp thoại
Simpower-system
Page 378 of 545
Mechanical Shaft Dialog Box
Mô hình đặt trước
Trên đầu của thực đơn cho phép ban chọn mô hình đặt trước các tham biến .
Độ cứng
Độ cứng của trục (N.m).
Giảm sóc .
Độ phá huỷ nội bộ của trục(N.m.s).
Khối đầu vào và đầu ra .
Đầu vào .
The block has two inputs: Nm and Nl.Khối có hai đầu vào: Nm và Nl .
Đầu vào thứ nhất Nm là đầu tốc độ (rpm) của điểm cuối lực trục .
Đầu vào thứ hai Nl là đầu tốc độ (rpm) của tải nối đến cuối cùng thứ hai của truc .
Đầu ra.
Khối có một đầu ra Tl.
Đầu ra Tl là mômen xoắn truyền từ điểm cuối truyền lực cảu trục đến tải
Mô hình chỉ ra .
Simpower-system
Page 379 of 545
Thư viện chứa các mô hình đặt trước. Mômen xoắn bình thường của các trục máy
điện được chỉ ra ở bảng bên dưới :
Preset Mechanical Shaft Models
1st 2nd 3rd
Nominal torque (N.m) 20 815 1190
Mô hình đặt trước đã được thiết kế hợp lí ở góc lệch 0.10 lúc mô men xoắn cực đại
(mục đích tạo ra 1.5 lần mômen xoắn bình thường )
Ví dụ
Sơ đồ ví đụ trục cơ
Ví dụ minh hoạ cho mô hình truc máy
Trục chạy và thay đổi tốc độ nguồn và được nối đến tải .Tải có quán tính là 0.35
kg.m2 và giới han ma sát 0.006 N.m.s.
Trục có độ cứng là 17190 N.m và hệ số phá huỷ nội bộ là 600 n.m.s. Tải đượ thiết
kế có góc lệch la 0.1 độ ứng với mô men xoắn tải là 30 .N.m
Ở t= 0s tôc độ truyền lực vượt qua 1750 rpm với mức gia tốc là 00 rpm/s.Góc lệch
nhảy lên đến 0.06 độ và trục truyền một lực khoảng 18.5 N.m đến tải trong trường
hợp gia tốc Ở t=0.2 s tốc độ truyền lực và tốc độ tải giữ như nhau .Trong suốt thời
kì gia tốc góc lệch tăng chậm hợp lí để truyền một mô men xoắn ở mức cao,để bù
vào phần tăng do ma sát .
Simpower-system
Page 380 of 545
Ở t =3.5 s tốc độ truyền lực đạt 1750 rpm góc lệch giảm, mômen truyền tải cũng
tương tự như vậy nó dao động quanh giá trị 1.1 N.m để bù ma sát tải .
Ở t = 5 s tốc độ truyền lực thấp mức độ 0 rpm với mức giảm tốc -500 rpm. Góc
lệch trở nên âm và sau đó mô men truyền tải hợp lí để giảm tốc tải . Trong thời gian
giảm tải góc lệch tăng hợp lí để truyền một mô men gia tốc ở mức cao để bù vào
phần bị thiếu hụt do ma sát .
Ở t= 8.5 s tốc độ truyền lực ổn định ở mức 0 rpm. Đây là nguyên nhân làm góc lệch
giảm xuống 00, mômen truyền tải trở nên vô hiệu và ngừng tải .
Lược đô bên dưới chỉ ra tốc độ truyền lực và phía tải, tốc độ khác nhau giữa hai
phía, góc lệch và mô men xoắn truyền tải .
Mechanical Shaft Example Waveforms
Sách tham khảo .
[3] Norton, Robert L., Machine Design, Prentice Hall, 1998.
Simpower-system
Page 381 of 545
[4] Nise, Norman S., Control Systems Engineering, Addison-Wesley Publishing
Company, 1995.
Machine Measurement Demux MOSFET
MOSFET
Công cụ mô hình MOSFET
Thư viện
Công suất điện
Mô tả
Chất bán dẫn oxit kim loại là transistor (MOSFET)là một thiết bị bán dẫn điều
khiển bởi tin hiệu cổng (g>0) nếu dòng của nó mang giá trị âm (Id > 0).thiết bị
MOSFET được kết nối song song với điod bên trong mở khi thiết bị MOSFET đão
cực tính (Vds < 0).Mô hìnhthì được mô phỏng giống như sự tổ hợp nối tiếp do sự
thay đổi điện trở Rt và điện cảm (Lon) mắt nối tiếp với một công tấc điều khiển bởi
tín hiệu Logic (g > 0 hoặc g = 0).
Thiết bị MOSFET mở khi điện áp nguôn là dương và tín hiêu dương này được cấp
đến ở cổng đầu ra (g > 0).
Với một dòng dương đi qua thiết bị MOSFET tắt khi cổng đầu ra bằng 0. Nếu dòng
Id là âm (Id chảy qua diod )và không có tín hiệu ở cổng ra (g=0).
Chú ý :Điện trở Rt phụ thuộc vào hướng của dòng điện.
Simpower-system
Page 382 of 545
Rt = Ron nếu Id > 0 trong đó Ron tương ứng với giá trị đặt trưng của điện
trở của thiết bị MOSFET
Rt = Rd nếu Id < 0 trong đo Rd tương ứng với điện trở bên trong điod .
Khối MOSFET cũng chứa mạch giảm sóc nối tiếp Rs-Cs có thể nối song song với
MOSFET (giữa cực d và cực d s).
Hộp thoại và tham biến .
Simpower-system
Page 383 of 545
Điện Ron
Điện trở bên trong Ron đơn vị ( ).
Điện cảm Lon.
Điện cảm trong Lon, (H). Thông số điện cảm Lon không thể đặt là 0.
Điện trở trong của diode Rd.
Điện trở trong của điod diod bên trong Rd có đơn vị là ohms ( ).
Dòng điện bên trong Ic
Bạn có thể chỉ ra dòng bên trong chảy qua thiết bị MOSFET .Nó thì thường
chọn ở mức 0 là hợp lí .để bắt đầu mô phỏng với khối thiết bị .
Nếu tham số của dòng bên trong IC được chọn một giá trị lớn hơn 0 .Trạng
thái ổn định tĩnh SimPowerSystems đề cập đến trạng thái ban đầu của
MOSFET giống như trạng thái đóng .Tất cả các trạng thái ổn định của bộ
chuyển đổi năng lượng điện là một quá trình phức tạp .Bởi vậy chọn lựa này
chỉ thích hợp với mạch đơn giản .
Điện trở giảm sóc Rs
Điện trở giảm sóc đơn vị là ohms ( ). Đặt tyham số điện trở giảm sóc Rs
đến vô cùng để chống lại độ sóc từ mô hình .
Điện dung giảm sóc Cs
Điện dung giảm sóc đơn vị farads (F).Đặt tham số điện dung giảm sóc Cs ở
mức 0 để tránh độ giảm sóc .hay đạt ở vô cùng để chống lại ma sát .
Chỉ ra danh sách các chỉ số đo .
Nếu lựa chọn cộng thêm đầu ra của trình mô phỏng hướng đến dòng và điện
thế khối MOSFET
Đầu vào và đầu ra .
g
Tín hiệu mô phỏng để điều khiển mở mở hay đóng khối MOSFET
m
Đầu ra của trình mô phỏng của khối là một vecto chứa hai tín hiệu .Bạn có
thể tổng hợp các tín hiêu này bằng cách sử dụng khối Bus Selector tao ra
trong thư viện Simulink library.
Tún hiệu Định nghĩa Đơn vị
1 Dòng MOSFET A
2 Điện áp MOSFET V
Giả định và giới hạn .
Khối MOSFETcông cụ là mô hình macro của thiết bị MOSFET thực .Nó không còn
nằm trong tính toán hình học của thiết bị. Hay quá trình vật lý phức tạp [1].
Khối MOSFET được làm mô hình giống như dòng nguồn .Nó không thể nối nối
tiếp với điện cảm ,dòng nguồn hay hở mạch trừy khi mạch giảm sóc được sử dụng
.Hợp lí để tránh vòng lặp đại số, bạn không thể đặt điện cảm của khối MOSFET
Simpower-system
Page 384 of 545
Lon =0.Mỗi khối MOSFET cộng thêm trạng thái mô hình mạch điện. Xem
Improving Simulation Performance cho nhiều đề mục trong dẫy .
Mạch chứa khối MOSFET riêng bịêt không thể bị rời rạc hoá .Tuy nhiên sự gián
đoạn được giới hạn cầu MOSFET/Diode mô phỏng với khối Universal Bridge block
hay khối the Three-Level Bridge.
Bạn phải dùng may tích phân thuật toán để mô phỏng mạch chứa MOSFETs.
ode23tb or ode15s với tham số mặt định dùng cho tốc độ mô phỏng tốt nhất .
Ví dụ .
The power_mosconv demo minh hoạ cho việc sử dụng khối MOSFET với dòng
cộng hưởng công tấc chuyển đổi.Nằm trong bộ chuyển đổi dòng được tạo ra bằng
mạch cộng hưởng Lr-Cr chảy xuyên qua MOSFET điod bên trong .Dòng âm chaỷ
qua điod bên trong điêu đó làm dòng giảm xuống 0 [1].Chuyên mạch tần số là 2
MHz và độ rộng xung là 72 độ (công suất là 20 %).
Chạy trình mô phỏng và quan sát tín hiệu xung ở cổng ra dòng MOSFET điện áp tụ
,và dòng qua điod theo bốn hướng mục tiêu của khối .
Simpower-system
Page 385 of 545
Tham khảo .
[1] Mohan, N., T.M. Undeland, and W.P. Robbins, Power Electronics: Converters,
Applications, and Design, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1995.
Xem kết quả .
Diode reference section, GTO reference section, Ideal Switch reference section,
Three-Level Bridge reference section, Thyristor reference section, Universal Bridge
reference section
Mechanical Shaft Multiband Power System Stabilizer
Multiband Power System Stabilizer
công cụ là một bộ cân bằng hệ thống năng lượng .
Thư viện.
Các máy điện.
Simpower-system
Page 386 of 545
Mô tả
Nhiễu trong hệ thống điện gây ra nhiều nhiễu trong các máy phát điện .Nhiễu nay
gọi là sự thích ứng năng lượng .Phải có hiệu quả hãm để giữ sự ổn định của hệ
thống .Dao động của máy điện có thể phân làm bốn loại chủ yếu :
Dao động cục bộ : Giữa đơn vị và chế độ nghĩ của trạm phát và giữa sau
trạng thái nghĩ của hệ thống năng lượng Giá trị qui chiếu của tần số từ 0.8
đến 4.0 Hz.
Dao động xen vào : Giữa hai chế độ đóng điện phát sinh của máy phát điện
.Tần số có thể thay đổi từ 1 đến 2 Hz.
Dao động tương hổ: Giữa hai nhóm chuyên ngành của thiết bị phát sinh Tần
số thì được phân loại trong các giá trị 0.2 đến 0.8 Hz.
Dao động toàn bộ: Đặc trưng bởi sự dao động pha chủ yếu của tất cả các máy
phát điện giống như việc tìm thấy trong hệ thống riêng biệt .Tần số của mô
hình toàn bộ là loại dưới 0.2 Hz.
Cần hiệu quả hãm trong một phạm vi rộng gần như gồm hai nhóm dao động cuỉa
máy điện thúc đẩy cho việc ổn định hệ thống năng lượng (MB-PSS). .
Tên của nó được tìm ra ,kết cấu của MB-PSS được dùng trong nhiều công việc
phức tạp. Ba dãi riêng biệt được sử dụng, phân tinh vi cho mức thấp, trung gian,và
mẫu tần số cao của dao động ,dãi thấp kết hợp với mô hìmh hệ thống năng lượng
toàn bộ, trung gian với mô hình ảnh hưởng lẫn nhau và ở mức cao với mô hình cục
bộ .
Mỗi của ba dãi tạo nên từ bộ lọc khác nhau bộ lặp bộ hạn chế .(hình ở lược đồ
gọiConceptual Representation). Đầu ra của ba dãi được cộng lai và cho qua bộ hạn
chế tạo ra sự ổn định của đầu ra Vstab.Tín hiệu này sau đó làm mẫu cho việc chọn
điểm của điện thế máy phát điều chỉnh kết quả cải tiến tính hãm sự dao động của
động cơ điện .
Để đảm bảo hãm mạnh MB-PSS nbên kết luận một thuận lợi pha vừa phải ở tất cả
các hằng số để bù vào sự chậm trể kích thích vốn có và mô men điện từ được kết
luận bỡi hoạt động MB-PSS
Simpower-system
Page 387 of 545
Conceptual Representation
Đặt điểm kĩ thuật bên trong .
MB-PSS được mô tả bởi IEEE St. 421.5 PSS 4B loại mô hinh [2], minh hoạ trong
lược đồ gọi là Internal Specifications .với tốc độ xây dựng bên trong gắn liền với
tốc độ bộ chuyển đổi mà tham biến được nén theo thông số của nhà sản xuất .
Nhìn chung chỉ một ít của khối lead-lag trong lược đồ nên được sử dụng trong trình
ứng dụng PSS.Hai sự khác nhau gần như có giá trị cho cấu hình đạt theo thứ tự của
tiến trình dễ dàng.
1. Bố trí đơn giản .
Simpower-system
Page 388 of 545
1. Chỉ khối lead-lag đầu tiên cảu mỗi dãi tần số để phu hợp với khối
Multiband Power System Stabilizer .Các bộ locv j khác nhau được giả sử
như chúng đối xứng nhau .Tách biệt để tđiều chỉnh ở tần số trung tâm F1 F2
và Fh .Tầm quan trọng của tần số phản hồi có thể điều chỉnh qua ba hệ số có
lợi KL,KI Và Chỉ có sau tham số trước đó thì cần đến cho việc điều chỉnh
đơn giản cua MB.SS.
2. Chọn các đề mục .
1. Việc thiết kế là tự do dể dùng tất cả tính xây dựng linh hoạt trong cấu trúc
MB.SS ngưòi điều khiển phối hợp và ngăn cản được các vấn đề nẩy sinh (vi
dụ nhiều đơn vị thiết bị kể cả mô hình trung gian ,trong điều kiện mô hình
cục bộ và những mô hình khác )Trong trường hợp này tất cả các hằng số và
hệ số hiện ra trên lược đồ goi là Internal Specifications có thể dược chỉ ra
trong hộp thoại .
Hộp thoại và tham biến .
Mô hình chọn đơn giản
Hệ số toàn bộ .
Hệ số K cho sự ổn định của toàn bộ dãi ổn định của hệ thống .
Simpower-system
Page 389 of 545
Dãi tần số thấp : [FL KL]
Tần số trung tâm đơn vị Hz và hệ số của bộ lọc tần số cao .
Dãi tần số thấp [FI KI]
Tần số trung tâm đơn vị Hz và hệ số của bộ lọc tần số trung gian
Dãi tần số cao: [FH KH]
Tần số trung tâm đơn vị Hz và hệ số của bộ lọc tần sô cao.
Những tín hiêu giới hạn [VLmax VImax VHmax VSmax]
Lợi dụng giới hạn trên đầu ra của dãi tần số thấp trung gian và cao .Giới hạn
Vsmax ở đầu ra bộ ổn định .tất cả dùng đơn vị là p.u.
Lược đồ dáp ứng lại của tần số :
Nếu chọn Lược đồ dáp ứng lại tần số của bộ ổn định được trình bày khi bạn
kích vao nút button.
Mô hình chọn chi tiết .
Hệ số tần số thấp : [KL1 KL2 KL]
Hệ số của nhánh dương và nhánh âm của các bộ lọc khác nhau trong tần số
thấp và hệ số tới hạn KL của dãi tần số thấp có đơn vị là p.p.
Simpower-system
Page 390 of 545
Hằng số thời gian tần số thấp .
Hằng số thời gian có đơn vị là s của khối lead-lag trong nhánh dương và
nhánh âm của bộ lọc tần số thấp .bạn cần để chỉ ra bên dưới 11 hằng số thời
gian và 2 hệ số :
[TB1 TB2 TB3 TB4 TB5 TB6 TB7 TB8 TB9 TB10 TB11 TB12 KB11 KB17]
Đặt KB11 0 là hợp lí để làm khối đầu tiên của nhánh bộ lọc dương khối
washout .Dặt KB11 to mức 1 hợp lí để làm khối lead-lag
Đặt KB17 0 là hợp lí để làm khối đầu tiên của nhánh bộ lọc dương khối
washout .Đặt KB17to mức 1 hợp lí để làm khối lead-lag.
Hệ số tần số trung gian : : [KI1 KI2 KI]
Hệ số tần số của nhánh âm và dương của các bộ lọc khác nhau trong dãi tần
số trung gian đơn vị p.u.và hệ số vượt KI của dãi tần số trung gian có đơn vị
p.u.
Hằng số thời gian trung gian .
Hằng số thời gian đơn vị s của khối lead-lag trong nhánh dương và âm của
bộ lọc tần số trung gian .Bạn cần chỉ ra 11 hằng số thời gian và hai hệ số :
[TI1 TI2 TI3 TI4 TI5 TI6 TI7 TI8 TI9 TI10 TI11 TI12 KI11 KI17]
Đặt KI11 0 là hợp lí để làm khối đầu tiên của nhánh bộ lọc dương khối
washout .Đặt KI11to mức 1 hợp lí để làm khối lead-lag
Đặt KI17 0 là hợp lí để làm khối đầu tiên của nhánh bộ lọc dương khối
washout .Đặt KI17to mức 1 hợp lí để làm khối lead-lag.
Hệ số tần số cao : [KH1 KH2 KH]
Hệ số của nhánh dương và nhánh âm của các bộ lọc khác nhau trong tần số
cao và hệ số tới hạn KI của dãi tần số cao có đơn vị là p.u.
Hằng số thời gian tần số cao.
Hằng số thời gian có đơn vị là s của khối lead-lag trong nhánh dương và
nhánh âm của bộ lọc tần số cao .bạn cần để chỉ ra bên dưới 11 hằng số thời
gian và 2 hệ số :
[TH1 TH2 TH3 TH4 TH5 TH6 TH7 TH8 TH9 TH10 TH11 TH12 KH11 KH17]
KH11Đặt KH11 0 là hợp lí để làm khối đầu tiên của nhánh bộ lọc dương khối
washout .Đặt KH11to mức 1 hợp lí để làm khối lead-lag
Đặt KH17 0 là hợp lí để làm khối đầu tiên của nhánh bộ lọc dương khối
washout .Đặt K KH17 mức 1 hợp lí để làm khối lead-lag.
Tín hiệu giới hạn [VLmax VImax VHmax VSmax]
Lợi dụng giới hạn trên đầu ra của dãi tần số thấp trung gian và cao .Giới hạn
Vsmax ở đầu ra bộ ổn định .tất cả dùng đơn vị là p.u.
Lược đồ dáp ứng lại của tần số :
Nếu chọn Lược đồ dáp ứng lại tần số của bộ ổn định được trình bày khi bạn
kích vao nút button.
Simpower-system
Page 391 of 545
Đầu vào và đầu ra .
dw
Nối đến đầu vào độ lệch tốc độ đầu tiên của máy điện đồng bộ dw tín hiệu
đơn vị p.u.
Vstab
Đầu ra là điện áp ổn định đơn vị p.u. nối đến đầu ra vstab của khối
Excitation System sử dụng để điều khiển điện áp cuối của khối Synchronous
Machine.
Ví dụ .
Xem ở đề mục giúp đở ở mô hình power_PSS demo.
Sách tham khảo .
[1] Grondin, R., I. Kamwa, L. Soulieres, J. Potvin, and R. Champagne, "An
approach to PSS design for transient stability improvement through supplementary
damping of the common low frequency," IEEE Transactions on Power Systems,
8(3), August 1993, pp. 954-963.
[2] IEEE recommended practice for excitation system models for power system
stability studies: IEEE St. 421.5-2002 (Section 9).
Xem kết quả .
Generic Power System Stabilizer reference section
MOSFET Multimeter
Multimeter
Đo điện áp và dòng điện chỉ ra trong hộp thoại của khối SimPowerSystems
Thư viện .
Các tín hiệu đo .
Mô tả
Simpower-system
Page 392 of 545
Khối Multimeter được sử dụng đê đo điện áp và dòng điện của các tín hiệu đo rời
rạc bởi hộp thoại của khối SimPowerSystems
Danh sách khối powerlib trong bảng bên dưới có các tham số đặc biệt ( tín hiêu đo
)cho phép bạn đo điện áp và dòng điện liên quan đến khối .Chọn điện thế hay dòng
điện qua các tham số của tín hiệu đo này là tương đương nhau để nối đén điệnu áp
cuối hay dòng của khối bên trong khối của bạn .Tín hiệu đo lường có thể được quan
sát qua khối Multimeter đặt trong mạch của bạn .
Kéo khối Multimeter lên đỉnh hệ thống trong mạch của bạn và kích đôi chuột vào
biểu tượng để mở hộp thoại .
Block Name Block Name
AC Current Source PI Section Line
AC Voltage Source Saturable Transformer
Breaker Series RLC Branch
Controlled Current Source Series RLC Load
Controlled Voltage Source Surge Arrester
DC Voltage Source Three-Level Bridge
Distributed Parameter Line Three-Phase Harmonic Filter
Linear Transformer Three-Phase Load (Series and Parallel)
Multi-Winding Transformer Three-Phase Branch (Series and Parallel)
Mutual Inductance Three-Phase Transformer (Two and Three Windings)
Parallel RLC Branch Universal Bridge
Parallel RLC Load Zigzag Phase-Shifting Transformer
Thiết kế qui ước cho áp và dòng .
Khi bạn đo một dòng điện sử dụnh khối Current Measurement hướng dương của
dòng điện biểu thi trong khối biểu tượng (dòng dương chảy từ đầu dương đến đầu
âm ).Tương tự muốn đo điện áp sử dụng khối đo Voltage Measurement điện thế đo
được là điện áp từ phía âm sang phía dương .Tuy nhiên khi điện thế và dòng điện từ
Elements library đươc đoở dụng khối Multimeter điện áp và dòng phân cực không
tức thì rỏ ràng bởi vì khối cần có sự luôn phiên và không có tín hiệu cần phải phân
cực trong khối biểu tượng.
Không giống với tín hiệu đường dẫn Simulink và dạng của đầu vao và đầu ra .Mô
hình được kết nối tự nhiên làm vạch và định giới hạn của SimPowerSystems thiếu
Simpower-system
Page 393 of 545
chỉ dẫn bên trong .Điện áp và dòng không được xác định không bằng hướng đường
dây nhưng đã được thay thế bằng khối định hướng, Tìm ngoài khối định hướng đầu
tiên ta kích vào khối để chọn nó .
get_param(gcb,'Orientation')
Bảng bên dưới chỉ ra sự phân cực của dòng và áp đo với khối Multimeter cho mach
RLC một pha hay ba pha .(nhánh hay tải ),chống sắt van và công tấc một pha hay ba
pha .Bảng cũng chỉ ra bảng của các trạng thái thay đổi chúng .(dòng điện cảm và áp
điện dung )
Khối định hướng Hướng dương dòng điện Điện áp đo
phải Trái --> phải Vleft - Vright
Trái phải --> Trái Vright - Vleft
Dưới Đỉnh --> Đáy Vtop - Vbottom
Trên Đáy --> Đỉnh Vbottom - Vtop
Khối định hướng tự nhiên ( đó là khối định hướng của chúng trong the Element
library) là right cho khối ngang và down cho khối đứng
Với máy biến áp một pha (tuyến tính hay bão hoà )với cuộn dây bộ kết nối xuất
hiện ở phía trái hay phía phải , cuộn áp là điện áp trên đỉnh bộ kết nối chi tiết đến
đáy bộ kết nối với tất cả các khối định hướng (right or left). Cuộn dòng điện và
những dòng điện đivào đỉnh bộ kết nối .
Với máy biến áp ba pha điện áp phân cực và hướng dòng dương được chỉ ra trong
bảng tín hiệu dùng trong khối Multimeter .Ví dụ áp Uan_w2 bằng pha A đến mạng
của cuộn dâyu nối sao #2, Iab_w1 = dòng chảy từ pha A đến pha B của cuộn dây
nối tam giác #1.
Hộp thoại và tham biến .
Simpower-system
Page 394 of 545
Thay đổi chỉ số đo
The Available Measurements list box shows the measurements in the
Multimeter block. Use the >> button to select measurements from the
Available Measurements list box. Click the Update button to refresh the list
of available measurements in the Multimeter block. Thay đổi chỉ số đo hộp
danh sách chỉ ra các hỉ số đo trong khối Multimeter .Dùng nút >> để chọn
lựa chỉ số đo từ trong danh sách
hộp the Available Measurements .Chọn nút Update button
Các chỉ số đo trong hộp danh sách được chỉ ra bởi tên khối nên mà tên khối
được làm .Loại của các chỉ số đo (điện thế dòng điện hay từ thông )được
định nghĩa bằng tên cho trước trong khối tên .Nhìn đoạn chỉ dẫn của khối
danh sách trong previous table ch sự mô tả các chỉ số đo .
Lựa chọn các chỉ số đo .
Để lựa chọn chỉ số đo trong hộp danh sách chỉ ra chỉ số đo đã gửi đến đầu ra
của khối .Bạn có thể sắp xếp lại chỉ số đo bằng cách sử dụng các nút Up,
Down, and Remove.Nút +/- cho phép bạn đão sự phân cực của các tín hiêu
lựa chọn .
Biểu đồ lựa chọn các chỉ số đo .
Nếu lựa chọn trình bày biểu đồ chọn các tham số dùng cửa sổ biểu đồ
MATLAB Biểu đồ được phát sinh khi trình mô phỏng kết thúc .
Loại đầu ra.
Chỉ định dạng của tín hiệu đầu ra khi khối được sử dụng trình mô phỏng
phasor.Tham số tín hiệu đầu ra bị làm vô hiệu hoá khi khối không được sử
Simpower-system
Page 395 of 545
dụng trình mô phỏng phasor.Trình mô phỏng phasor được hoạt động bởi
khối dặt trong mô hình .
Đặt cho phức tạp để các chỉ số đo ở đầu ra bằng các gia strị phức tạp .Đầu ra
là những tín hiệu phức tạp
Đặt Real-Imag để đầu ra là phần thực hay ảo của các chỉ số đo .Cho mỗi sự
lựa chon các chỉ số đo đầu ra multimeter có phần thực và phần ảo .
Set to Magnitude-Angle to output the magnitude and angle of the selected
measurements. For each selected measurement, the multimeter outputs the
magnitude and angle values.
Đặt khối Magnitude-Angle để độ lớn và góc của các chỉ số lựa chọn .Cho
mỗi chỉ số đo lựa chọn đầu ra multimeter giá trị độ lớn và góc .
Ví dụ .
power_compensated demo dùng khối Multimeter để đo điện thế xuyên qua cuộn
dây thứ cấp của khối Saturable Transformer và dòng chảy qua hai mạch nối tiếp
khối tải RLC .
A Multimeter block is dragged into the model. In the dialog box of the 250 MVA
block, set the Measurements parameter to All measurements (V,I,flux). In the 110
Mvar block, set it to Branch voltage and in the 110 Mvar1 block, set it to Branch
voltage and current.
The output of the Multimeter block is connected to a Scope block in order to display
the measurements during the simulation. In addition, you can select the Plot
selected measurements parameter to display a plot of selected measurements when
simulation stops.
Mở hộp thoại khối Multimeter và chọn tín hiêu bạn muốn quan sát ,giống như chỉ
dẫn trong hộp thoại của đoạn tham biến .Chú ý tên sử dụng để định nghĩa cho sự
thay đổi các chỉ số đo trong khối Multimeter .Xem đoạn tham khảo của khối the
Saturable Transformer và tải nối tiếp RLC cho sự mô tả tên của chúng .
Simpower-system
Page 396 of 545
Bắt đầu trình mô phỏng .Sau khoảng thời gian 0.4 s trình mô phỏng tạm dừng và
cửa sổ biểu đồ MATLAB mở ra để trình bày việc lựa chọn các chỉ số đo trong khối
Multimeter.
Xem kết quả .
Current Measurement reference section, Voltage Measurement reference section
Multiband Power System Stabilizer Multi-Winding Transformer
Máy biến áp nhiều cuộn dây .
Máy biến áp nhiều cuộn dây taps.
Thư viện
Các yếu tố .
Mô tả
Khối Multi-Winding Transformer công cụ máy biến áp nơi mà số cuộn dây có thể
chỉ ra cho cả hai đầu sơ cấp (phía trái cuộn dây ).và thứ cấp (phia phải cuộn dây ).
Mạch tương đương của khối the Multi-Winding Transformer thì giống nhau để một
khối the Linear Transformer để đặc diểm từ hoá của lỏi thép có thể được chỉ ra hoặc
không .Xem trang chỉ dẫn khối Saturable Transformer cho nhiều đè mục trên mức
độ từ hoá và đặc điểm kích thích được thi hành .
Mạch tương đương của khối the Multi-Winding Transformer với hai cuộn dây sơ
cấp và ba cuộn dây thứ cấp được chỉ ra ở lược đồ tiếp theo .
Simpower-system
Page 397 of 545
Bạn có thể thêm số đầu bằng nhau vào khoảng không gian ở hai đầu cuộn dây sơ
cấp (đầu pyhân áp bên trái ).hay cuộn thứ đầu tiên (đầu phân áp bên phải ).Mạch
tương đương của khối Multi-Winding Transformer với một cuộn dây sơ cấp và các
đầu phân áp giống nhau trên cuộn dây thư cấp đầu tiên hay thứ hai được chỉ ra ở
lược đồ tiếp theo.
Cuộn dây đầu tiên được chỉ ra bởi các cuộn dây tương ứng Cuộn đầu tiên là cuộn
đầu bên phía sơ cấp .( đầu phân áp bên trái )và cuộn dây sau cùng là cuộn dây cuối
phía thứ cấp (phía đáy bên phải )Sự phân cực của các cuộn dây được dịnh nghĩa bỡi
sự thiết kế số dương .
Simpower-system
Page 398 of 545
Đầu phân áp đầu tiên được chỉ ra bởi số cuộn dây của chúng bên dưới bơỉ kí tự và
số đầu phân áp .Khoảng cách giữa các đầu phân áp là như nhauđiều đó làm điện áp
xuất hiện không tải giữa hai đầu phân áp liên tiếp thì giống nhau .để tổng điện áp
các cuộn dây phân biệt bởi ( số đầu phân áp ).Tổng cuộn dây điện trở và điện
kháng khe hở của một đầu cuộn dây thì phân bố giống nhau theo số đầu .
Hộp thoại và tham biến .
Số đầu cuộn dây phía trái
Specifies the number of windings on the primary side (left side) of the
transformer. Chỉ ra số đầu cuộn dây phía sơ cấp (phía trái )của máy biến áp ).
Simpower-system
Page 399 of 545
Số đầu cuộn dây phía phải.
Chỉ ra Số đầu cuộn dây phía sơ cấp ( phía phải )của máy biến áp .
Đầu cuộn dây .
Lựa chọn no taps nếu bạn không muốn thêm số đầu phân áp cho máy biến áp
Lựa chọn số đầu ở trên cuộn dây bên trái để thêm số đầu phân áp đến cuộn
dây đầu tiên bên phía sơ cấp máy biến áp . Lựa chọn số đầu ở trên cuộn dây
bên phải để thêm số đầu phân áp đến cuộn dây thứ cấp của máy biến áp .Số
đầu phân áp được chỉ ra bởi số Number of taps ( khoảng khôngngian giống
nhau )
Số đầu phân áp (khoảng khong gian giống nhau ).
Tham số nà không được nhình thấy nếu tham số của cuộn dây phân áp được
đặt đến no taps.
Nếu tham số của cuộn dây đầu phân áp được đặt dến đầu ở phía trên cuộn
dây bên trái , bạn chỉ ra số của đầu phân áp để thêm đến cuộn dây đầu tiên
bên trái .
If the Tapped winding parameter is set to taps on upper right windings, you
specify the number of taps to add to the first winding on the right side.Nếu
tham số của cuộn dây phân áp được đặt đến đầu phía trên cuộn dây bên phải ,
bạn chỉ ra số của đầu phân áp để thêm đến cuộn dây đầu tiên bên phải.
Tên Công suất và tần số.
Loại công suất thường đơn vị volt-amperes (VA), và tần số thường đơn vị Hz
của máy biến áp.
Tên cuộn dây diện áp .
Chỉ ra một vector chứa tên điện áp RMS .của cuộn dây phía bên trái bên dưới
bởi tên điện áp RMS của cuộn dây phía bên phải .Bạn không có để chỉ ra số
đầu riêng biệt tên điện áp
Cuộn dây điện trở .
Chỉ ra vecto chứa giá trị điện trở đơn vị p.u. của cuộn dây phía bên trái bên
dưới bởi giá trị điện trở của cuộn dây phía bên phải Bạn không có để chỉ ra
số đầu riêng biệt tên điện trở .
Cuộn dây khe hở điện cảm .
Chỉ ra vecto chứa giá trị điện cảm khe hở trở đơn vị p.u. của cuộn dây phía
bên trái bên dưới bởi giá trị điện trở của cuộn dây phía bên phải Bạn không
có để chỉ ra số đầu riêng biệt tên điện cảm khe hở .
Lỏi từ .
Nếu chọn công cụ là máy biến áp từ .
Điện trở từ hoá Rm.
Điện trở từ hoá Rm đoen vị p.u.
Điện cảm từ hoá Lm .
Điện cảm từ hoá Lm tham só không được nhìn thấy trong hộp thoại nếu
tham số lỏi từ được lựa chọn .
Điện cảm từ hoá Lmđơn vị p.u cho một lỏi không từ hoá .
Đặc điểm từ hoá .
Simpower-system
Page 400 of 545
Tham số nay được chỉ ra nếu tham số lỏi từ được lựa chọn .
Đặc điểm từ hoá lỏi từ .Chỉ ra sự nối tiếp của dòng điện /cặp từ thông .(đơn
vị p.u.)
Mô phỏng tính trể .
Lựa chọn đến mô hình đặc tính từ trể đểt thay thế giá trị đơn đường cong từ
hoá .
Hysteresis Data Mat file Sự trể Hysteresis Data Mat file.
Tham số sự trể Hysteresis Data Mat file chỉ được nhìn thấy nếu tham số mô
tả sự trể được lựa chọn .
Chỉ ra a .mat file chứa dữ liệu đã được dùng cho mô hình từ trể .Khi bạn mở
công cụ Hysteresis Design của Powergui Những tham số và vòng lặp trể lưu
trong the hysteresis.mat file đẫ dược trình bày .Dùng File --> Load thực đơn
mô hình của công cụ Hysteresis Design đến tải khác .mat file. .Dùng File -->
Save thực đơn mô hình này lưu trong mô hình của bạn trong a new .mat file.
Các chỉ số đo
Lựa chọn cuộn áp để đo điện áp băng qua cuộn cuối cảu khối the Saturable
Transformer.
Lựa chọn cuộn dòng để đo dòng chảy qua cuộn dây khối the Saturable
Transformer.
Lựa chọn từ thông để đo và kích thích dòng (Im + IRm) để đo từ thông cảm
ứng đơn vị(V.s), và tổng dòng kích từ bao gồm cả tổn hao sắt từ mô hình
bằng điện trở Rm
Lựa chọn từ thông và dòng từ hoá (Im) để đo từ thông liên kết có đơn vị
(V.s) và dòng từ hoá đơn vị là (A), không bao gồm dòng tổn hao từ hoá bởi
Rm .
Lựa chọn tất cả các tham số (V, I, Flux) để đo điện ap cuộn dây ,dòng ,dòng
từ hoá và từ thông cảm ứng .
Đặt khối Multimeter trong mô hình của bạn để trình bày lựa chọn tham số
trong suốt quá trình mô phỏng .
Trong hộp danh sách Available Measurements của khối Multimeter Các chỉ
số đo được chỉ ra bởi tên bên dưới bằng khối tên .
Chỉ số đo Tên
Cuộn áp Uw1:, Uw2:, Uw3:
Cuộn dòng Iw1:, Iw2:, Iw3:
Cuộn kích từ Iexc:
Cuộn từ hoá Imag:
Từ thông cảm ứng Flux:
Ví dụ .
The power_OLTCregtransformer demodùng ba khối Multi-Winding Transformer để
thực hiện ba pha trên Tap Changer (OLTC) máy biến áp .
Simpower-system
Page 401 of 545
Bởi thời gian của trình mô phỏng cần minh hoạ cho hoạt động của đầu bộ chuyển
đổi (hời gian mô phỏng đặt 120 s). the demo dùng phương pháp mô phỏng Phasor.
Trình mô phỏng Phasor trên bộ chuyển đổi đầu tải (OLTC) điều chỉnh máy biến áp .
Mạng phân phối 25 Kv của ba đường dây phân phối nối nối tiếp cấp đến công suất
36 MW /10 Mvar load (0.964 PF lagging) từ 120 kV, 1000 MVA hệ thống và một
120kV/25 kV OLTC máy bién áp điều chỉnh..Máy biến áp OLTC được sử dụng để
điều chỉnh điện áp hệ thống .ở 25 Kv .
Mạch tương tự được nhân đôi để so sánh trình diễn của hai mô hình khấc nhau của
máy biến áp OLTC .
Mô hình 1 là mô hình chi tiết nơi mà tất cả các chuyển mạch của OLTC và
cuộn dây máy biến áp được miêu tả .Mô hình này sử dụng máy biến áp nhiều
cuộn dây để thực hiện điều chỉnh máy biến áp cả ba pha .Với kết nối OLTC
bên phía cao áp (120 kV).Mô hình này có thể được dùng trong sự phân ly
liên tục hay rời rạc để thu được dạng sóng chi tiết hay phương pháp mô
phỏng phasor để quan sát sự suy giảm của điện áp và dòng phasor .
Mô hinh 2 là mô hình phasor đơn giản trong đó may biến áp và OLTC được
mô phỏng bằng nguồn dòng .Mô hình này chỉ có thể được sử dụng với
phương pháp mô phỏng phasor . Nó thì nhanh để thực hiện và no là mô hình
đã hoàn thành cho nghiên cứu ổn định tạm thời .khi trình phục vụ thiết bị
được sử dụng trong hệ thống giống nhau .
Simpower-system
Page 402 of 545
Cả hai mô hình máy biến áp OLTC thực hiện điều chỉnh máy biến áp cả ba pha với
hoảng gias trị điều chỉnh 47 MVA, 120 kV/25 kV Y/ Delta nối với OLTC ở phía
điện áp cao(120 kV). .
Lựa chọn khối mô hình một máy biến áp và dùng thực đơn the Edit/Look_under
mask để xem sự điều khiển máy biến áp được thực hiện .Mô hình máy biến áp
OLTC được xây dựng từ khối three Multi-Winding Transformer . Mỗi pha bao
gồm hai cuộn dây chính (cuộn 2 = 120 kV và cuộn 3 = 25 kV)và một cuộn dây
điều chỉnh .Bảy đầu phân áp cảu cuộn dây diều chỉnh cho phép các bước nhảy này
hay bước nhảy kia của điện áp thay đổi theo chiều dương hay chiêu âm .Ba cuộn
dây phụ chứa các đầu chuyển mạch lựa chọn phục vụ và điều chỉnh cuộn dây .
Chạy demo kích đôi cho info block để chọn mô hình chi tiết .
Multimeter Mutual Inductance
Mutual Inductance
Thực hiện một cặp từ hoá giữa hai hay ba cuộn dây .
Thư viện .
Các yêu tố .
Mô tả .
Khối The Mutual Inductance thực hiện giữa cặp từ hoá ba cuộn dâyy phân chia .
Chỉ ra các điện trở cùng loại và điện cảm của mỗi cuộn dây trên ba đầu đầu tiên của
hộp thoại và điện trở và điện cảm trong đầu sau . cảm ứng
Mô hình điện khối này cho ở bên dưói .
Simpower-system
Page 403 of 545
Cuộn 1 được nối giữa đầu vào 1 và đầu ra 1 của khối the Mutual Inductance . Cuộn
2 được nối giữa đầu vào 2 và đầu ra 2 và cuộn 3 nếu định nghĩa là nối giữa đầu vào
3 và đầu ra 3 .
Đầu ra của khối Mutual Inductance ở sự phân cực tức thì giống nhau .
Hộp thoại và tham biến
Cuộn dây tự cảm 1
Điện trở tự cảm và điện kháng tự cảm cho cuộn dây 1đơn vị ohms ( ) và
henries (H).
Cuộn dây tự cảm 2
Điện trở tự cảm và điện kháng tự cảm cho cuộn dây 2 đơn vị ohms ( ) và
henries (H).
Ba cuôn dây điện cảm tương hổ .
Simpower-system
Page 404 of 545
Nếu được lựa chọn thực hiện với ba cặp cuộn dây theo đó nó thực hiện với
hai cặp cuộn dây .
Cuộn dây tự cảm 3
Tham sô Cuộn dây tự cảm 3 không thay đổi nếu tham số ba cuộn dây điệnh
cảm tương hổ không được lựa chọn. Điện trở tự cảm và điện kháng tự cảm
đơn vị ohms ( ) và henries (H).
Điện kháng hổ cảm .
Điện trở và điện kháng hổ cảm giữa hai cuọn dây đơn vị ohms ( ) và
henries (H). Điện trở và điện kháng hổ cảm tương ứng điện trở và điện cảm
từ hoá trên sơ đồ mạch máy biến áp tiêu chuẩn.Nếu điện trở và điện kháng
hổ cảm đặt [0 0], khối thi hành cho ba cuộn dây riêng biệt với không có cặp
hổ cảm .
Chỉ số đo .
Lựa chọn cuộn áp để đo điện thế băng qua cuộn cuối .
Lựa chọn cuộn dòng để đo các dòng điện chảy qua các cuộn dây .
Lựa chọn cuộn áp và cuộn dòng để đo điện áp và dòng của cuộn dây .
Đặt khối Multimeter trong mô hình của bạn để trình bày lựa chọn chit số đo
trong suôt quá trinh mô phỏng .
Trong hộp danh sách the Available Measurements của khối Multimeter các chỉ số
đo thì được chỉ ra trong bảng bên dưới bởi tên khối .
Chỉ số đo Label
Cuộn áp Uw1:, Uw2:, Uw3:
Cuộn dòng Iw1:, Iw2:, Iw3:
Sự giới hạn .
bởi vì mô hình bắt buột cấp giới hạn bên dưới
Gía trị âm cho phép điện cảm trự cảm và điện cảm tương hổ dài như điện cảm tự thì
khác nhau từ điện cảm hổ cảm .
Những cuộn dây thay đổi về bên trái (không nối bởi điện kháng đến chế độ nghĩ của
mạch ).Tuy nhiên điện trở bên trong giữa cuộn dây thay đổi và mạch chính được
thêm vào tự động .Sự kết nối bên trong này không ảnh hưởng đến chỉ số đo của
điện áp và dòng điện .
Ví dụ
Simpower-system
Page 405 of 545
The power_mutual demo dùng ba cặp cuộn dây liên hệ đến ba điện áp trung hoà
trong mạch ở cấp tần số Hz.
Simulation produces the following load voltage waveform:
Xem kết quả .
Simpower-system
Page 406 of 545
Linear Transformer reference section, Saturable Transformer reference section,
Three-Phase Mutual Inductance Z1-Z0 reference section
Multi-Winding Transformer Neutral
Neutral
Thực hiện với một nút phổ biến trong mạch .
Thư viện
Các yếu tố .
Mô tả
khối mạng thực hiện với nút phổ biến với số nút chỉ ra . Bạn có thể dùng khối để tạo
ra mạng thay đôi hay để nối liền giữa hai điểm không đi qua đường kết nối .
Hộp thoại và tham biến .
số nút.
Chỉ ra số điểm nút trong mạng . nếu tham số nút được đặt 0 khối mạng thực
hiện nối đất .Số nút được trình bày ở biểu tượng tiếp theo .
Ví dụ .
The power_neutral demo dung ba khối Neutral .Khối Neutral được sử dụng để qui
về khối điện thế đo đến đất (mút 0)
Simpower-system
Page 407 of 545
Xem kết quả .
Ground reference section
Mutual Inductance One-Quadrant Chopper DC Drive
One-Quadrant Chopper DC Drive
Thực hiện one-quadrant chopper (chuyển đổi hình học nhanh )chạy DC
Thư viện
Electric Drives/DC drives
Mô tả .
Sơ đồ high-level chỉ ra bên dưới xây dựng từ bốn khối chính .Khối động cơ một
chiêu và thiết bị IGBT/Diode (khối the Universal Bridge) được tạo ra với thư viện
SimPowerSystems .Nhiều chi tiết trên hai khối thì thay đổi trong trình sử dụng
SimPowerSystems .Nhai khối khác được chỉ ra đến thư viện the Electric Drives
Những khối này là bộ điều khiển tốc độ và điề khiển dòng điệnChúng cho phép điều
khiển tốc đọ hay mô men xoắn .Khối "regulation switch" cho phép bạn làm thay
Simpower-system
Page 408 of 545
đổi từ một loại từ sự điều chỉnh hay cách khác Suốt quá trình thay đổi mômen xoắn
tốc độ điều khiển được loại trừ .
Lược đồ High-Level
DC5 Motor Drive High-Level Schematic
Simulink Schematic
DC5 Motor Drive Simulink Schematic
Tốc độ điều khiển
Simpower-system
Page 409 of 545
Tốc độ bộ điều chỉnh chỉ ra bên dưới dùng bộ điều khiển PI .Đầu ra bộ điều khiển là
dòng cảm ứng qui chiếu .đơn vị p.u.dùng bởi dòng điều khiển hợp lí để thu được
mômen điện từ để đạt tốc độ mong muốn .Suốt quá trình điều chỉnh mô men tốc độ
điều khiển được loại trừ .
Bộ điều khiển đưa ra tốc độ qui chiếu đơn vị rpm và tốc độ roto của máy điện DC
giống đầu vào .Tốc độ qui chiếu thay đổi giá trị sẽ theo sau user-defined gia tốc và
giảm tốc ramps hợp lí để tránh sự thay đổi đột ngột đó có thể là nguyên nhân gây ra
quá dòng cảm ứng và mất ổn định trong hệ thống .Hợp lí để tránh tốc độ âm điều đó
có thể bao gồm sự dẫn điện của the free-wheeling diode tốc độ qui chiếu có giới hạn
thấp 0 rpm.
Chỉ số tốc độ được lọc bởi bộ lọc first-order low-pass .
Đầu ra dòng qui chiếu giới hạn giữa 0 và dưới giới hạn định nghĩa bỡi ngfười sử
dụng .
Speed Controller Schematic
Điều chỉnh tốc độ.
Bộ điều chỉnh dòng cảm ứng chỉ ra bên dưới làm cơ sở cho bộ điều khiển thứ hai
PI.Máy điều chỉnh điều khiển dòng cảm ứng bằng máy tính có chức năng thích hợp
số truyền của xung tần số IGBT nhất định .(điều biên độ rộng xung ) Phát sinh này
của điện áp cảm ứng trung bình cần để thu được dòng cảm ứng mong muốn và theo
đó thu được mô men điện từ mong muốn .
Bộ điều khiển đưa ra dòng qui chiếu đơn vị p.u.và dòng cảm ứng chảy qua động cơ
giống đầu vào .Dòng qui chiếu được tạo ra là giống nhau bởi bộ điều chỉnh tốc độ
trong suốt quá trình điều chinh tốc độ hay tính toán từ mô men qui chiếu của người
sử dụng trong suốt quá trình điều chỉnh mô men .Khống chế này bằng khối
"regulation switch".Dòng cảm ứng đầu vào được lọc bởi bộ lọc first-order low-pass
filter.
Sự điều chỉnh độ rộng xung đã thu được bằng sự so sánh đầu ra PI và tần số cố định
mang tín hiệu (xem lược đồ gọiPulse Width Modulation (PWM))
Simpower-system
Page 410 of 545
Lược đồ bộ điều khiển dòng.
Nhận xét.
Máy điện được kích từ bằng hằng số trường điện thế nguồn DC. Ở đó không có
trường điện thế điều khiển bằng mặt định trường dòng điện được đặt đến giá trị
trạng thái tĩnh của nó. Khi trình mô phỏng đã bắt đầu .
Điện thế cảm ứng được tạo ra bằng bô chuyển đổi nhanh IGBTđiều chỉnh bởi hai
máy điều chỉnh PI Bộ chuyển đổi nhanh được cấp bởi hằng số điện thế DC Dao
động của dòng cam ứng được làm giảm bởi điện cảm sang bằng nôi nối tiếp với
mạch cảm ứng.
Mô hình là rời rạc Kết quả mô phỏng tốt đã thu được với 1 bước nhảy thời gian
.Hợp lí để mô phỏng thiết bị điều khiển số .Hệ thống điều khiển có hai thời gian lấy
mẫu khác nhau :
Thời gian lấy mẫu tốc độ điều khiển .
Thời gian lấy mẫu dòng điều khiển .
Thời gian lấy mẫu tốc độ điều khiển để có nhiều thời gian lấy mẫu dòng . Thời gian
lấy mẫu sau cùng để có nhiều bước nhảy thời gian mô phỏng .
Simpower-system
Page 411 of 545
Điều biến dộ rộng xung (PWM)
Hộp thoại
DC Machine Tab
Simpower-system
Page 412 of 545
Tab của máy điện DC trình bày khối tham số của máy điện DC trong thư
viện powerlib .Qui về SimPowerSystems user guide cho nhiều thông tin trên
khối tham số máy điện .
Tab chuyển đổi .
Simpower-system
Page 413 of 545
IGBT/Diode Device section
Đoạn thiết bị IGBT/Diode của Tab chuyển đổi trình bay tham số của khối
Universal Bridge trong thưi viện powerlib. Qui về SimPowerSystems user
guide cho nhiều thông tin trên khối tham số Universal Bridge.
Điện cảm sang bằng .
The smoothing inductance value (H). Gía trị Điện cảm sang bằng (H).
Trường nguồn DC .
Giá trị trường điện thế động cơ điện DC (V).
Tab BỘ ĐIỀU KHIỂN .
Simpower-system
Page 414 of 545
Lược đô các nút .
Khi bạn ấn nút này một lược đồ minh hoạ cho tốc độ và dòng điều khiển
lược đồ xuất hiện .
Loại điều chỉnh
Trên đầu của thực đơn này cho phép bạn chọn giữa tốc độ và mô men điều
chỉnh .
Controller - Speed Controller Subtab
Tên tốc độ
Tên giá trị tốc độ của động cơ điện DC (rpm). Gía trị này dùng để chuyển
đôi tốc độ motơ tue rpm sang p.u.(trên đơn vị )
Tốc độ qui chiếu ban đầu .
Gía trị này cho phép người sử dụng bắt đầu sự mô phỏng với tốc độ qui
chiếu khác hơn 0 rpm.
Low-Pass Filter Cutoff Frequency
Cutoff frequency của bộ lọc low-pass dùng để chỉ số đo tốc độ động cơ (Hz).
Thời gian lấy mẫu .
Thời gian lấy mẫu tốc độ bộ điều khiển (s).Thời gioan lấy mẫu này có thể là
nhiều của thời gian lấy mẫu dòng bộ điều khiển và bước nhảy thời gian trình
mô phỏng .
Simpower-system
Page 415 of 545
Hệ số điều khiển .
Hệ số điều khiển tương ứng của bộ điều khiển PI.
Hệ số đầy đủ.
Hệ số đầy đủ của bộ điều khiển PI.
Gia tốc .
Sự thay đổi tốc độ lớn nhất của tốc độ cho phép trong suốt quá trình gia tốc
motor (rpm/s). Cũng là giá trị lớn có thể là nguyên nhân gây ra quá dòng cảm
ứng .
Giảm tốc .
Sự thay đổi tốc độ lớn nhất của tốc độ cho phép trong suốt quá trình giảm tốc
motor (rpm/s). Cũng là giá trị lớn có thể là nguyên nhân gây ra.
Controller - Current Controller Subtab
Low-Pass Filter Cutoff Frequency
Cutoff frequency của bộ lọc low-pass dùng để lọc armature Cutoff frequency
chỉ số đo tốc độ động cơ (Hz).
Chỉ số dòng (Hz).
Giới hạn qui chiếu .
Gía trị lớn nhất dòng qui chiếu (p.u.). 1.5 p.u.là một giá trị phổ biến .
The switching frequency of the IGBT device (Hz).
Simpower-system
Page 416 of 545
Thời gian lấy mẫu .
Thời gian lấy mẫu dòng điều khiển này có thể là nhiều của thời gian lấy mẫu
phụ dòng bộ điều khiển và nhiều bước nhảy thời gian trình mô phỏng .
Hệ số điều khiển .
Tên giá trị Công suất (W) và điện áp (V).Những giá trị này dùng để chuyển
đổi donghf cảm ứng tư A sang p.u.(trên một đơn vị)
Hệ số tương ứng .
Hệ số tương ứng của bộ điều khiển dòng PI .
Hệ số đầy đủ.
Hệ số đầy đủ của bộ điều khiển dòng PI .
Khối đầu vào và đầu ra .
Đầu vào
Khối có 4 đầu vào : SP, Mec_T, Vcc, and Gnd.
ramps.Đầu vào đầu tiên là đầu tốc độ (rpm) hay điểm đặt mô men .Chú ý đó
là tốc độ điểm đặt có thể là hàm nhảy .nhưng khoảng thay đổi tốc độ sẽ đi
theo quá trình tăng tốc hay giảm tốc ramps.
Đầu vào thứ hai là đầu mô men tải máy điện Nếu giá trị của mômen tải và
tốc độ kí hiệu ngược nhau mô men tăng tốc sẽ là tổng của sức từ động và mô
men tải .
Hai đầu vào cuối Vcc and Gnd là điện thế kết nối nguồn DC .Điện thế phải
đủ độ lớn cho kích thước động cơ .
Đầu ra .
Khối có 3 vector đầu ra : Motor, Conv., and Ctrl.
Đâù ra đầu tiên là vector môtơ .Vector gồm hai yếu tố :
Điện áp cảm ứng
Vecto DC motor "m"(chứa tốc độ ,trường cảm ứng ,và giá trịmômen
điện từ
Chú ý ở đó vecto tốc độ “m” được chuyển đổi từ rad/s sang rpm .trước đầu ra
.
Đầu ra thứ hai là vecto chỉ số đo thiết bi IGBT/Diode.Vecto này bao gồm bộ
chuyển đổi điện áp đầu ra .Đầu ra dòng thì không bao gồm từ khi nó không
thay đổi đến dòng điện cảm ứng động cơ DC .Chú ý ở đó tấ cả các giá trị
dòng và điện thế của bô chưyển đổi có thể được hình dung với khối đo đa
mulimeter (qui về mulimeter đếy đến người sử dụng ).
Simpower-system
Page 417 of 545
Ba đầu ra là vecto bộ điều khiển .vecto này chứa chứa giá trị của .
Dòng cảm ứng tham chiếu .
Chu kỳ xung PWM
Tốc độ hay lỗi của mô men (khác nhau giữa tốc độ qui chiếu và tốc độ
có thật hay giữa môme qui chiếu và mô men có thật ).
Tốc độ qui chiếu ramp hay giữa môme qui chiếu.
Những mô hình chỉ rỏ .
The library contains a 5 hp drive parameter set. The specifications of the 5 hp
drive are shown in the following table.Thư viện chứa 5 tham số chạy hp đặt
chỉ ra ở bảng bên dưới :
5 HP Drive Specifications
Drive Input Voltage
Amplitude 280 V
Motor Nominal Values
Power 5 hp
Speed 1750 rpm
Voltage 240 V
Ví dụ .
DC5 Example Schematic
Simpower-system
Page 418 of 545
Ví dụ nay minh hoạ one-quadrant chopper drive dùng với 5 tham số chạy hp
đặt suôt quá trình điều chỉnh tốc độ .
Bộ chuyển đổi nhanh được cấp bởi điện thế nguồn 280 V DC là 5 kHz
Tốc độ qui chiếu được đặt 500 rpm ở t = 0 s .Mô men tải ban đầu là 15 N.m.
Quan sát tốc độ đó của moto đi sau ramp qui chiếu chính xác (+250 rpm/s)
và đạt đến trạng thái ổn định xung quanh t = 2.5 s.
Dòng cảm ứng theo sdau dòng qui chiuêú rất tốt thời gian phản ứng nhanh
với những gợn sóng nhỏ .chú ý dòng sóng tần số là 5 kHz.
ở t=2.5s mô men tải tăng từ 15 N.m đến 20 N.m tốc độ đạt được nhanh và
sau 500 rpm ở t=3s .dòng qui chiếu tăng khoảng 16.7A làmg phát sinh một
mô men điện từ cao hơn đẻ di trì tốc độ liên hệ .Bằng quan sát trước dòng
cảm ứng theo sau nó có quan hệ tuyệt đối .
Ở t= 3 s tốc độ liên hệ nhảy xuống 350 rpm. Dòng ảm ứng thấp hợp lí để tốc
đọ giảm theo sau độ nghiêng tốc độ âm (-250 rpm/s) với sự trợ giúp của
mômen tải.
ở t =4 s tốc độ ổn định xung quanh tốc độ qui chiếu của nó .
Lược đồ bên dưới chỉ dòng cảm ứng và dạng sóng tốc độ .
DC5 Example -- Current and Speed Waveforms
Lược đồ tiếp theo chỉ duty cylce của xung chopper và dạng sóng điện áp
cảm ứng và dòng tương ứng khoảng thời gian là 2 ms.
Simpower-system
Page 419 of 545
Neutral Parallel RLC Branch
Parallel RLC Branch
Thực hiện với nhánh song song RLC.
Thư viện
Các yếu tố .
Mô tả .
Khối nhánh song song RLC thực hiện với tín hiệu điện trở ,điện cảm và tụ điện hay
sự phối hợp sòn song giữa chúng.để loại trừ điện trở điện cảm và điện dung của
nhánh và giá trị R,L,C phải được đặt ở vô cùng .,vô cùng và 0.chỉ yếu tố thoát được
trình bày trong khối biẻu tượng .
Những giá trị âm cho phép cho điện trở ,điện cảm và điện dung .
Hộp thoại và tham biến .
Điện trở R
Điện trở đơn vị ( ).
Điện cảm L
Nhánh điện cảm đơn vị (H).
Simpower-system
Page 420 of 545
Điện dung C
Điện dung đơn vị (F).
Các chỉ số đo .
Lựa chọn nhánh điện thế để đo điệnthế băng qua khối nhánh song song cuối
cùng RLC .
Nhánh dòng điện để đo tổng dòng (tổng dòng của R,L C).xuyên qua khối
nhánh song song RLC .
Lựa chọn nhánh điện áp để đo điện áp và dòng của khối nhánh song song
RLC .
Đặt khối Multimeter trong mô hình của bạn để trình bày lựa chọn chỉ số đo
trong suôt quá trình mô phỏng .Trong hop danh sách Available
Measurements của khối Multimeter ,chỉ số đo được chỉ ra bởi tên bên dưới
bởi khối tên .
Chỉ số đo Label
Nhánh điện áp Ub:
Nhánh dòng điện Ib:
Ví dụ
power_paralbranch demo dùng để thu tần số tương ứng của bộ lọc eleventh-
harmonic (bậc tần số ở 660 Hz) nối với hệ thống có tần số 60 Hz.
Điện khnág mạng trong khai triển Laplace là :
Để thu được tần số phản ứng của điện kháng bạn chọn không gian trạng thái (ma
trận A B C D) của hệ thống .
Simpower-system
Page 421 of 545
Hệ thống này là một đầu vào (Is) và một đầu ra (Vs) hệ thống .
Chú ý : Nếu bạn có minh hoạ Control System Toolbox bạn có thể cho hàm
truyền Z(s) từ không gian trạng thái ma trận và hàm bode
o [A,B,C,D] = power_analyze('power_paralbranch');
o freq = logspace(1,4,500);
o w = 2*pi*freq;
o [Zmag,Zphase] = bode(A,B,C,D,1,w);
o subplot(2,1,1)
o loglog(freq,Zmag)
o grid
o title('11th harmonic filter')
o xlabel('Frequency, Hz')
o ylabel('Impedance Z')
o subplot(2,1,2)
o semilogx(freq,Zphase)
o xlabel('Frequency, Hz')
o ylabel('phase Z')
o grid
Bạn cũng có thể dùng khối Impedance Measurement block và khối
Powerguicho biểu đồ điện kháng giống như hàm của tần số .
Simpower-system
Page 422 of 545
xem kết quả
Multimeter reference section, Parallel RLC Load reference section, Powergui
reference section, Series RLC Branch reference section, Series RLC Load reference
section
One-Quadrant Chopper DC Drive Parallel RLC Load
Parallel RLC Load
Thực hiện với tải tuyến tính song song RLC
Thư viện
Các yếu tố .
Simpower-system
Page 423 of 545
Mô tả .
Khối tải song song RLC thực hiện với khối tải tuyến tính giống như sự phối hợp
song song các yếu tố RLC .Ở việc chỉ ra tần số ,tải phơi bày hằng số điện cảm
.Công suất tác dụng và công suất phản kháng hấp thụ bởi tải đối xứng hoà hợp với
điện thế cung cấp .
Chỉ những yếu tố kết hợp với công suất khác 0 được trình bày trong khối biểu tượng
.
Hộp thoại và tham biến .
Tên điện thế Vn
Tên điện thế của tải đơn vị RMS (Vrms).
Tên tần số fn
The nominal frequency, in hertz (Hz). Tên tần số fn đơn vị hertz (Hz). Công
suất tác dụng P
Công suất tác dụng của tải đơn vị watts.
Công suất phản kháng QL.
Công suất phản kháng QL. Đơn vị vars chỉ ra giá trị dương hay 0.
Công suất phản kháng điện dung QC
Simpower-system
Page 424 of 545
Công suất phản kháng điện dung QC đơn vị vars chỉ ra giá trị dương hay 0.
Chỉ số đo .
Nhánh điện thế để đo điện áp qua khối tải cuối cùng song song RLC .
Lựa chọn nhánh dòng điện để đo dòng chảy qua khối tải song song RLC .
Lựa chọn nhánh điện áp và nhánh dòng để đo điện áp và dong chảy qua khối
tải RLC .
Place a Multimeter block in your model to display the selected measurements
during the simulation. In the Available Measurements list box of the
Multimeter block, the measurement is identified by a label followed by the
block name.Đặt khối Multimeter trong mô hình của ban để trình bày lựa
chọn chỉ số đo trong suốt quá trình mô phỏng.Trong hộp danh sách Available
Measurements của khối Multimeter các chỉ số đo chỉ ra bởi nhãn tên bên
dưới bằng khối tên .
Chỉ số đo Label
Nánh điện áp Ub:
Nhánh dòng điện Ib:
Ví dụ
power_paralload demo dùng khối tải song song RLC dể thực hiện với một tải .
xem kết quả.
Multimeter reference section, Parallel RLC Branch reference section, Series RLC
Branch reference section, Series RLC Load reference section
Simpower-system
Page 425 of 545
Parallel RLC Branch Permanent Magnet Synchronous Machine
Permanent Magnet Synchronous Machine
Mô hình độngcủa máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu ba pha với từ thông phân
phối hình sin .
Thư viện
Máy điện
Mô tả .
hối máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu hoạt động như máy phát hay mô hình
môto .Mô hình hoạt động được ra lệnh bởi bởi dấu của mô men máy ( dương đối
với mô hình môtơ âm đối với mô hình máy phát ) .Bộ phận điện và máy điện của
máy điện được mô tả bởi mô hinh second-order state-space Mô hình tổng hợp từ
thông thiết lập bởi nam châm vĩnh cửu trong stator là sin đsiều đó dưa đến lực điện
động là sin.
Khối thực hiện phương trình bên dưói nói rỏ trong khung rotor tham chiếu (khung
qd)
Hệ thống điện
Trong đó (tất cả cac công thức trong hộp tham chiiếu rôto được qui về stator
Lq, Ld Điện cảm dọc truc và ngang trục
R Điện trở của cuộn dây stato
iq, id Dòng điện doc trục và ngang trục
vq, vd Điện thế dọc trục và ngang trục
Simpower-system
Page 426 of 545
r Ttốc độ góc của rôto.
l Độ lớn từ thông gây ra bởi nam châm vĩnh cữu cảu pha stato và roto .
p Số đôi cực
Te Mô men điện từ .
Mechanical System
where
J Combined inertia of rotor and load
F Phối hợp ma sát rôto và tải
Vị trí góc kệch rôto
Tm Mô men trục máy
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 427 of 545
Mô hình đặt trước
Tạo ra lượng điện đặt trước và tham số máy điện cho giá trị ma sát động cơ
điện nam châm vĩnh cửu của mô men (N.m), điện thế DC bus ,giá trị tốc độ
(rpm), và điều kiện ngăn mô men (N.m) .
Lựa chọn một mô hình đặt trước dể tải tương ứng và tham số máy điện khi đi
vào hôp thoại .lưaqj chọn No nếu bạn không muốn lựa chọn mô hình đặt
trước .
Lựa chọn tham số chi tiết để xem và sắp xếp tham số chi tiết kết hợp với mô
hình đặt trước .
Chỉ ra tham số chi tiết .
Nếu lựa chọn bề mặt trình bày các tham số chi tiết của khối Permanent
Magnet Synchronous Machine. Tham ssó chi tiết có thể làm giảm bớt mà
không làm ảmh hưởng đến mô hìnhmnđặt trước bạn lụa chọn trong danh
sách môp hình đặt trước .
Điện trở
Điện trở stator R ( ).
Điện cảm
Điện cảm dọc trục và ngang trục stator Ld (H) và Lq (H).
Từ thông gây ra bởi nam châm điện .
Hằng số từ thông (Wb) gây ra trong cuộn dây stato ởi nam châm .
Hệ số ma sát ,quán tính và số đôi cực .
Máy điện kết hợp và tải hệ số quán tính J (kg.m2), kết hợp hệ số ma sát F
(N.m.s),và số đôi cực p.
Đầu vào và đầu ra .
Simpower-system
Page 428 of 545
Tm
Đầu vào Simulink là mô men máy điện ở trục máy Đầu vào này thường là
giá trị dương bởi vì khối Permanent Magnet Synchronous Machine thì
thường sử dụng cho moto .Tuy nhiên bạn có thể cấp đầu vào mô men âm nếu
bạn chọn để sử dụng khối trong mô hình động cơ.
m
Đầu ra Simulink của khối là một vecto chứa 10 tín hiệu .Bạn có thể tổng hợp
tín hiêu này bằng cách dùng khối Bus Selector .tạo ra trong thư viện Bus
Selector.
Tín hiệu Định nghĩa Đơn vị Kí hiệu
1 Stator current is_a A ia
2 Stator current ir_b A ib
3 Stator current ir_c A ic
4 Stator current is_q A iq
5 Stator current is_d A id
6 Stator voltage Vs_q V vq
7 Stator voltage Vs_d V vd
8 Rotor speed wm rad/s r
9 Rotor angle thetam rad ,
10 Electromagnetic torque Te N.m Te
Giả định
Khối Permanent Magnet Synchronous Machine tổng mạch từ hoá mạch
tuyến tính với không từ hoá của lõi thép stato và rôto .Sự tổng hợp này có thể
được làm bởi vì khe hở không khí thường thây trong nam châm vĩnh cửu
máy điện đồng bộ .
Ví dụ .
This power_pmmotor demo illustrates the use of the Permanent Magnet
Synchronous Machine block in motoring mode with a closed-loop control
system built entirely in Simulink. The interfacing is done using Controlled
Voltage Source blocks from the Electrical Sources library. The complete
system consists of a PWM inverter built with ideal switches (Simulink Relay
blocks). Two control loops are used; the inner loop is used to regulate the
motor line currents and the outer loop regulates the motor's speed. More
elaborate and efficient control schemes for the Permanent Magnet
Synchronous Machine block can be found, for instance, in [1]. The
Simpower-system
Page 429 of 545
mechanical torque applied at the motor's shaft is originally 3 N.m (nominal)
and steps to 1 N.m at t = 0.04 seconds. The parameters of the machine are
those found in the dialog box section. power_pmmotor demo này minh hoạ
sử dụng khối Điểm nối được làm dùng khối điều khiển nguồn điện thế từ
nguồn điện .Hệ thống hoàn thành chứa bộ điều biến xung PWM với chuyển
mạch lí tưởng .Hai loại mạch được dùng :mạch bên trong sử dụng để điều
chỉnh moto và mạch bên ngoài sử dụng để điều chỉnh tốc đô của motor .Việc
sắp xếp điều khiển kĩ lưỡng và hiệu quả cho nam châm vĩnh cửu động cơ
điện đồng bộ có thể tìm thấy cho trường hợp 1 .Mô men máy cấp ở trục động
cơ .bắt đầu ở 3 N.m và bước nhảy 1 N.m ở thời điểm t =0.04 s.Chỉ số của
máy được tìm thấy trong hộp thoại.
Đặt tham số trình mô phỏng bên dưới :
loại máy tích phân : độ cứng , ode15s
thời gian dừng : 0.06
vị trí đặt máy tích phân : dùng vi trí mặt định loại trừ dung sai tuyệt
đối bạn có thể đặt 1e-3 .Chạy trình mô phỏng và quan sát mô men tốc
Simpower-system
Page 430 of 545
độ ,mô men và dòng của motor .
Mô men vượt đến giá trị gần 32 Nm khi motor bắt đầu khơỉ động nhưng ổn
định nhanh chóng và thường có giá trị (3 N.m), từ khi bước nhảy cấp đến .Ở
điểm đó mô men dao động nhẹ trước khi ổn định ở một giá trị mới (1 N.m).
Giống như cho tốc độ bạn có thể nhìn thấy trạng thái ổn định của nó khá
nhanh và không thực bởi bước nhảy tải .
Dòng ban đầu cao khi máy điện bắt đầu giống như mô men nhưng ổn định
nhanh đến giá trị thường của nó trừ khi bbước nhảy được cấp đến ,ở điểm đó
chúng dao động trước khi ổn định đến một giá trị thấp .tương ứng với mô
men tải giảm .
Sách tham khảo .
[1] Grenier, D., L.-A. Dessaint, O. Akhrif, Y. Bonnassieux, and B.
LePioufle, "Experimental Nonlinear Torque Control of a Permanent Magnet
Synchronous Motor Using Saliency," IEEE Transactions on Industrial
Electronics, Vol. 44, No. 5, October 1997, pp. 680-687.
Parallel RLC Load PI Section Line
PI Section Line
Simpower-system
Page 431 of 545
Thực hiện đường truyền đơn pha với chỉ số toàn bộ .
Thư viện .
Các yếu tố
Mô tả .
.khối PI Section Line thực hiện hiện đường truyền đơn pha với chỉ số toàn bộ trong
đoạn PI .
Cho đường dây truyền ,điện trở ,điện cảm và điện dung giống như sự phân phối trên
đường dây dài .Mô hình tương ứng của phân phối tham số đường dây đã thu được
nhiều tần đồng nhất khác nhau đoạn PI chỉ ra ở lược đồ bên dưới .
không giống với khối Distributed Parameter Line nó có trạng thái vô cùng ,mô hình
đoạn PI tuyến tính có trạng thái vô cùng điều đó cho phép bạn tính mô hình trạng
thái không gian tuyến tính .số đoạn được dùng phụ thuộc vào giá trị tần số đã miêu
tả .
Tương ứng tốt nhất của giá trị tần số mô tả bởi mô hình đường dây PI được cho bởi
công thức bên dưới .
Trong đó
N Number of PI sections
V Tốc độ truyền km/s = Lđơn vị H/km, Cđơn vị F/km
L Chiều dài đường dây km
Simpower-system
Page 432 of 545
For example, for a 100 km aerial line having a propagation speed of 300,000 km/s,
the maximum frequency range represented with a single PI section is approximately
375 Hz. For studying interactions between a power system and a control system,
this simple model could be sufficient. However for switching surge studies
involving high-frequency transients in the kHz range, much shorter PI sections
should be used. In fact, you can obtain the most accurate results by using a
distributed parameters line model.
Note The Powergui block provides a graphical tool for the calculation of
the resistance, inductance, and capacitance per unit length based on the line
geometry and the conductor characteristics.
Dialog Box and Parameters
Frequency used for RLC specifications
Tần số dùng đê tính toán đường dây đơn vị Hz .
Điện trở trên một đơn vị chiều dài
Điện trở trên một đơn vị chiều dài của đường dây , đơn vị ohms/km ( ).
Điện cảm trên một đơn vị chiều dài
Điện cảm trên một đơn vị chiều dài của đường dây đơn vị henries/km
(H/km).
Điện dung trên một đơn vị chiều dài.
Điện dung trên một đơn vị chiều dài.đơn vị farads/km (F/km).
Chiều dài.
Simpower-system
Page 433 of 545
Length Chiều dài đường dây in km.
Number of pi sections Số phần PI. Giá trị nhỏ nhất là 1.
Measurements Chọn Input and output voltages để đo giá trị điện áp đầu ra và đầu vào của
mô hình đường dây
Chọn Input and output voltages để đo giá trị điện áp đầu ra và đầu vào của
mô hình đường dây
Chọn All voltages and currents để đo điện áp và dòng điện đầu vào và đầu
ra của mô hình đường dây
Đặt một khối Multimeter trong mô hình của bạn để hiện thị giá trị đo đạt đã
chọn trong suốt quá trình mô phỏng . Trong Available Measurements list
box của khối Multimeter, giá trị đo lường được gán bằng một kí hiệu cho
trong bảng sau:
Measurement Label
Điện áp đầu ra Us:
Điện áp đầu vào Ur:
Dòng đầu ra Is:
Dòng đầu vào Ir:
Example
The power_piline demo thể hiện giá trị điện áp và dòng điện làm việc của một phần
đường dây PI
Kết quả thu được với mô hình đường dây bởi 1 phần PI ứng với 100Kmvà 10PI ứng
với10 Km thể
Simpower-system
Page 434 of 545
hiện
See Also
Distributed Parameter Line reference section
Permanent Magnet Synchronous Machine PM Synchronous Motor Drive
PM Synchronous Motor Drive
Library
Electric Drives/AC drives
Simpower-system
Page 435 of 545
Description
Sơ đò mức cao được xây dựng từ 6 khối chính.mô hình động cơ PMSM, bộ nghịch
lưu 3 pha,bộ chỉnh lưu diod 3 pha được xây dựng với thư viện,
SimPowerSystems.Phần lớn nội dung của 3 khối này được chỉ rỏ trong phần hương
dãn người sử dụng của SimPowerSystems. Mô hình bộ điều chỉnh tốc độ quay ,bộ
ngắt hảm,bộ điều chỉnh vecto đựợc xác định trong thư viện điều khiển
High-Level Schematic
AC6 Motor Drive High-Level Schematic
Simulink Schematic
Simpower-system
Page 436 of 545
AC6 Motor Drive Simulink Schematic
Speed Controller
Bộ điều chỉnh tốc độ dựa vào khâu hiệu chỉnh PI .tín hiệu đầu ra của khâu này là
điểm đặt momen quay cung cấp cho vector controller
Speed PI Regulator Schematic
Vector Controller
Simpower-system
Page 437 of 545
The vector controller bao gồm 4 khối chính ,thể hiện bên
dưới
Vector Controller Schematic
The dq-abc block thực hiện sự biến đổi dòng dq được thực hiện khi thay đổi pha
bên trong 1 mẩu roto chuẩn
The current regulator bộ điều chỉnh dòng cân bằng với sự điếu chỉnh độ rộng dãi
tần số
The angle conversion block thừơng được dùng để tính góc lệch roto về điện từ góc
lệch roto về cơ.
The Switching control block thừơng được dùng để giới hạn tần số chuyển mạch nhỏ
hơn giá trị do ngươi sử dụng quy định.
Braking Chopper
Khối braking chopper bao gồm tụ điện bus DC và bộ hảm đông năng ,các thiết bị
nay dùng để tiêu thụ năng lượng sinh ra bởi sự hảm tốc của động cơ
Remarks
Mô hình là gián đoạn . kết quả mô phỏng phải được thực hiện với bước thời gian là
1 . Đẻ một thiết bị điều khiển số mô phỏng, hệ thống điều khiển phải có hai
bước thời gian chuẩn khac nhau
bước thời gian chuẩn điều chỉnh tốc độ
bước thời gian chuẩn điều chỉnh vecto
bước thời gian chuẩn điều chỉnh tốc độ phải là bội số của bước thời gian vecto.bước
thời gian sau phải là bội số của bước thời gian mô phỏng
Simpower-system
Page 438 of 545
thành phần dòng điện id* có giá trị đặt la o bên trong khối điêu chỉnh vecto bởi vì
từ thông roto được sinh ra từ một nam châm vĩnh cữu
Dialog Box
PM Synchronous Machine Tab
Phần mục PM synchronous machine hiển thị thông số của khối PM synchronous
machine thuộc thư viện powerlib. Hơn nữa phần hướng dẫn người sử dụng
SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin vế các thông số của PM synchronous
machine
Converters and DC Bus Tab
Simpower-system
Page 439 of 545
Rectifier section Phần rectifier của phần mục Converters and DC bus hiển thị các thoong số
của Universal Bridge thuộc thư viện powerlib library. Hơn nữa phần hướng
dẫn người sử dụng SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin vế các thông
số của universal bridge
Inverter section The inverter section of the Converters and DC bus tab displays the
parameters of the Universal Brige block of the powerlib library. Hơn nữa
phần hướng dẫn người sử dụng SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin
vế các thông số của universal bridge
DC Bus Field -- Capacitance Tụ điện DC bus (F).
Braking Chopper section
Resistance Điện trở hảm thường dùng để trành quá điện áp trong suốt quá trình hảm tốc
động cơ hay khi mômen cản có xu hướng tăng lên ( ).
Frequency
Simpower-system
Page 440 of 545
Tần số hảm (Hz).
Activation Voltage Động năng hảm đã được sinh ra khi bus điện áp đạt đến giới hạn trên độ
rộng dãy từ trể hình bên dưới mô tả logic trể hảm
Deactivation Voltage Động năng hảm giảm khi bus điện áp tiến đến dưới của độ rộng dãy trừ trể
.
Chopper Hysteresis Logic
Controller Tab
Simpower-system
Page 441 of 545
Regulation Type Menu kéo xuống cho phép bạn chọn giữa speed and torque regulation.
Schematic Button Khi bạn nhấn nút này một hộp thoại mô tả sơ đồ điều chỉnh tốc độ và dòng
điện hiện ra.
Speed Controller section
Speed Sensor Cutoff Frequency Tần số ngưỡng của bộ lọc dãy tần số thấp (Hz).
Sampling Time Bước tính thời gian ddiều chỉnh tốc độ (s). bước tính thời gian phải là bội số
của bậc thời gian mô phỏng
Speed Ramps -- Acceleration Sự thay đổi lớn nhất của tốc độ trong suốt quá trình tăng tốc của động
cơ.Một giá trị dương quá lớn có thể là nguyên nhân giảm điện áp bus DC
(rpm/s).
Speed Ramps -- Deceleration
Simpower-system
Page 442 of 545
Sự thay đổi lớn nhất của tốc độ trong suốt quá trình hảm tốc của động
cơ.Một giá trị âm quá lớn có thể là nguyên nhân quá điện áp bus DC (rpm/s).
Proportional Gain Hệ số khuyếch đại tỉ lệ điều chỉnh tốc độ
Integral Gain Hệ số khuyếch đại tích phân điều chỉnh tốc độ
Output Limits -- Negative Giá trị âm lớn nhất cung cấp cho động cơ bằng bộ điều chỉnh vecto (N.m).
Output Limits -- Positive Giá trị dương lớn nhất cung cấp cho động cơ bằng bộ điều chỉnh vecto
(N.m).
Vector Controller section
Sampling Time Bước tính thời gian ddiều chỉnh tốc độ (s). bước tính thời gian phải là bội số
của bậc thời gian mô phỏng
.
Hysteresis Bandwidth -- Current Độ rộng dòng từ trể.giá tri này là tổng độ rộng phân bố đối xứng quanh điểm
đặt dòng điện (A)
. hình bên dưới mô tả một trường hợp khi dòng điện đặt là
Is*and the current hysteresis bandwidth is set to
dx.
Current Hysteresis Bandwidth
Block Inputs and Outputs
Inputs
Khối có 5 tín hiệu đầu vào: A, B, C, SP, and Mec_T.
Tín hiệu A, B và C là 3 pha của nguồn
Tín hiệu thứ 4 là điểm đặt tốc độ hay mô men và tín hiệu thứ 5 là mômen tải cản
Chú ý điểm đặt tốc độ có thể là hàm bậc nhung tỉ lệ thay đổi tốc độ cho phep
acceleration / deceleration ramps. Nếu momen tải và tốc độ có ký hiệu ngược nhau
thì momen tăng tốc sẽ là tổng của momen điện từ và momen tải
Outputs
Simpower-system
Page 443 of 545
Khối này có 3 vecto đầu vào: Motor, Conv., and Ctrl.
Thứ nhất là vecto động cơ.vecto này cho phep bạn quan sát sự thay đổi của động cơ
sử dung phần SimPowerSystems motor demux.
Tín hiệu thứ hai là vecto đo lường của bộ chuỷen đổi 3 pha .vecto này gồm có
Điện áp DC bus
Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh lưu
Dòng điện đầu vào của bộ nhgịch lưu
Chú ý cả giá trị dòng điện và điện áp của cầu co thể quan sát với mulimeter block
Tín hiệu đầu ra thứ 3 là vecto điều khiển Vecto này chứa các giá trị của:
. Mô men chuẩn
Sự sai khác tốc độ (sai khác giữa tốc độ chuẩn và tốc độ thực)
Độ dốc tiêu chuẩn hay Mô men chuẩn
Model Specifications
Thư viện chứa thông số dặt a 3 hp drive.Sự xác dịnh của thông số 3 hp drive are
thể hiện trong bảng sau
3 HP Drive Specifications
Drive Input Voltage
Biên độ 220 V
Tần số 60 Hz
Motor Nominal Values
Công suất 3 hp
Tốc độ 1800
Điện áp 300
Example
Hình bên dưới mô tả sự mô phỏng điều khiển động cơ AC6 với điều kiện tải tiêu
chuẩn.Lúc t=0s thì tốc độ là 300 rpm.
Simpower-system
Page 444 of 545
AC6 Example Schematic
Như thể hiện trong hình , tốc độ chính xác cho phép độ dốc tăng .lúc t = 0.5 s,
mômen tải định mức cung cấp cho động cơ. Lúc t = 1 s, tốc độ đặt thay đổi đến 0
rpm.. lúc t = 1.5 s., momen tải tăng từ 11 N.m đến -11 N.m.
AC6 Example Waveforms
References
[1] Bose, B. K., Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice-Hall, N.J.,
2002.
Simpower-system
Page 445 of 545
[3] Krause, P. C., Analysis of Electric Machinery, McGraw-Hill, 1986.
PI Section Line Powergui
Powergui
Graphical user interface for the analysis of circuits and systems
Library
powerlib
Description
The Powergui block có thể dùng thanh công cụ GUI(giao diện đồ thị) cho phép
phân tích của môhình SimPowerSystems. Copy the Powergui block bên trong mô
hình của ban và double-click vào khối để mở ra
What the Powergui Block Does
The Powergui block cho phép bạn chọn mọt trong 3 phương pháp để giải quyết
mạch điện của bạn:
Phương pháp liên tục , phương pháp này dùng cách giải quyết thay đổi bước
thời gian từ Simulink
Sự gián đoạn của hệ thống điện dùng để giải quyết bài toán với bước thời
gian cố định
Phương pháp giảiquyết phasor
The Powergui block cung cho phép bạn
Hiển thị giá trị xác lập của dòng điện và điện áp cũng như sự thay đổi trạng
thái của mạch điện
Định nghĩa trạng thái ban đầu để khởi động sự mô phỏng từ những điều kiện
này. Tên của trạng thái thay đổi là tên của khối mà tại khối nàytụ điện và
cuộn cảm được tìm thấy, đặt trước bởi Uc cho điện áp của tụ điện và IL_ cho
dòng diện của cuộn cảm
Dòng tải và 3 pha của mạng điện bao gồm cả máy điện 3 pha do đó bắt đầu
mô phỏng ở trạng thái xác lập. Sự lựu chọn nàycó thể dùng các dòng điện
phù hợp với kiểu máy điện : Simplified Synchronous Machine(động cơ đồng
bộ đơn giản), Synchronous Machine(động cơ đồng bộ), or Asynchronous
Machine (squirrel cage)(động cơ không đồng bộ roto lồng sóc)
Simpower-system
Page 446 of 545
Hiển thị đồ thị quan hệ trở kháng đối với tần số khi khối Impedance
Measurement hiện diện trong mạch điện của bạn.
Kết quả của phép khai triển nhanh furie FFF.
Tạo ra mô hình không gian trạng thái(SS)của hệ thống của bạn (nếu bạn co
cài đặt the Control System Toolbox) và tự đọng mở LTI Viewer interface
cho những hiệu ứng về thời gian và tần số
Tạo ra 1 bảng các giá trị xác lập của khối measurement blocks, nguồn ,mô
hình phi tuyến và các trạng thái của mạng điện. Bảng này được lưu trong một
file có đuôi.ref
Mô hình đặc tính trừ trể của khối Saturable Transformer
Dialog Boxes and Parameters
Simulation Type
Phasor simulation
Simpower-system
Page 447 of 545
Nếu được lựa chọn, SimPowerSystems thực hiện sự mô phỏng phasor của
mô hình, tần số được xác định bằng tham chiếu Frequency
Frequency (Hz) Xác định tần số của SimPowerSystems để thực hiện sự mô phỏng của mô
hình Trường The Frequency sẽ mờ nếu Phasor simulation không được
chọn.
Discretize electrical model Nếu được chọn, SimPowerSystems mô tả sự gián đoận của mô hình. Bước
thời gian được xác định bởi tham chiếu Sample time.
Sample time(s) Bước thời gian thường được dùng để làm gián đoạn mạch điện . Đặt tham số
Sample time lớn hơn 0. biểu tượng hiển thị giá trị của bước thơi gian. Nếu
bước thời gian được gán bằng 1 thì sự gián đoạn ko được thực hiện, và
phương pháp liên tục được dùng. Trường Sample time sẽ mờ nếu tham
chiếu Discretize electrical model không được lựa chọn.
Continuous Nếu được lựa chọn, SimPowerSystems thực hiện sự liên tục cuả mô hình.
Show messages during simulation Nếu được chọn,thì trong suồt quá trình phân tích và nmô phỏng của mô hình
hộp thoai thông báo có thể đựơc lặp lại
Analysis Tools
Steady-State Voltages and Currents Mở của sổ hiện thị gái trị dòng điện và điện áp xác lập của mô hình
Initial States Setting Mở cửa sổ đó cho phép bạn hiển thị và xác dịnh giá trị diện áp và dòng điện
của mô hình
Load Flow and Machine Initialization Mở cửa sổ để thực hiện dòng tải và initialization máy điện.
Use LTI Viewer Mở của sổđể dùng LTI Viewer của Control System Toolbox.
Impedance vs Frequency Measurement Mở cửa sổ đó cho phép bạn hiển thị các giá trị đo lường trở kháng đối với tần
số được thực hiện bởi khối Impedance Measurement của mô hình.
FFT Analysis Mở cửa sổ để sủ dụng công cụ FFT analysis.
Generate Report Mở một cửa sổ và tạo ra một bảng các giá trị tính toán ở trạng thái xác lập.
Hysteresis Design Tool Mở cửa sổ phác họa dặc tính trể cho lõi sắt bão hòa của khối Saturable
Transformer và khối Three-Phase Transformer (hai hay ba cuộn dây).
Steady-State Voltages and Currents GUI
Simpower-system
Page 448 of 545
Steady state values Hiện thị các giá trị đo của điện áp và dòng điện xác lập trong mô hình
Units Đặt tham chiếu Units là Peak values để hiện thị giá trị đỉnh của giá trị được
lựa chọn. Đặt tham chiếu Units là RMS để hiện thị giá trị căn bậc hai trung
bình của giá trị được lựa chọn
Frequency Cho phép bạn chọn tần số , (Hz), điều đó khi ban muốn hiển thị phasor dòng
điện và điện áp. Tham chiếu Frequency ghi tất cả các giá trị tần số khác
nhau của nguồn điện của mô hình.
States Nếu lựa chọn,cửa sổ hiển thị các phasor xác lập của điện áp tụ điện và dòng
điện cuộn cảm của mạch điện . Mặc định không được lựa chọn.
Measurements Nếu lựa chọn, của sổ hiển thị phasor dòng và áp xác lập của khối
measurement của mạch điện .Mặc định được lựa chọn.
Sources Nếu lựa chọn, của sổ hiển thị phasor dòng và áp xác lập của nguồn điện của
mạch điện .Mặc định không được lựa chọn.
Nonlinear elements Nếu lựa chọn, của sổ hiển thị giá trị dòng và áp xác lập của khối nonlinear
của mạch điện .Mặc định không được lựa chọn.
Format
Simpower-system
Page 449 of 545
Trong menu pull-down, chọn format tai dây bạn muốn các giá trị đo đạt hiển
thị. Nếu lựa chọn floating point được hiển thị trong công thức mũ từ 5 số gợi
ý.Nếu lựa chọn best of hiển thị với 4 số gợi ývà chỉ sử dụng công thức này
cho những số lớn hơn 9999. Lựa chon sau được hiển thị những con số tối
giản với 2 số bên phải dấu chấm thập phân.. Mặc định là floating point.
Reload Steady State Values Không tính toán và hiển thị giá trị ở trạng thái xác lập
Initial States Setting GUI
Initial state values for simulation Hiển thị tên của trạng thái mẫu và trang thái ban đầu
Set selected state Trong danh mục Initial state values for simulation ban enter một giá trị tại
đây thì giá trị này được chọn làm giá trị ban đầu
Reset all states Nếu To Steady State được lựa chọn đặt tất cả các giá trị trạng thái ban đầu
đến các giá trị trạng thái xác lập .Nếu To Zero được lựa chọn,đặt tất cả các
giá trị bằng không.
Reload states Nếu From File được lựa chọn ,cho phép bạn chọn một file đã lưu trước đây.
Nếu From Diagram được lựa chọn, đặt tất cả giá trị trạng thái ban đầu đến
giá trị dòng điện của chúng
Apply
Simpower-system
Page 450 of 545
Apply the sự lựa chọn mô phỏng
Revert Reapply từ mô hình gốc khi GUI đã được mở ra.
Save Initial States Lưu trạng thái ban đầu của mô hình trong một file.
Format Trong menu pull-down, chọn format tai dây bạn muốn các giá trị đo đạt hiển
thị. Nếu lựa chọn floating point được hiển thị trong công thức mũ từ 5 số gợi
ý.Nếu lựa chọn best of hiển thị với 4 số gợi ývà chỉ sử dụng công thức này
cho những số lớn hơn 9999. Lựa chon sau được hiển thị những con số tối
giản với 2 số bên phải dấu chấm thập phân.. Mặc định là floating point.
.
Sort values by Lựa chọn theo thứ tự giá trị trạng thái ban đầu đã hiển thị sự lựa chọn.
Chọn Default order hiển thị bằng khối thứ tự trong giao diện.Lựa
chọn State number hiển thị những giá trị phù hợp trạng thái trong mô
hình không gian trạng thái. Lựa chọn Type hiển thị các giá trị đã phân
theo nhóm tụ điện hay điện cảm. Mặc định là Default order.
Sign Conventions for Voltages and Currents
Không giống như cổng đầu ra – đầu vào và các đường tín hiệu mô phỏng, các
đương nối the Physical Modeling và các cổng đầu cực của SimPowerSystems
thiếu hương thực tế . Chiều phân cực của điện áp và dòng điện được xác định không
phải bằng đường mủi tên mà được thay thế bằng khối định hướng.Để tìm đầu ra của
một khối định hướng ,đầu tiên click vào khối để lựa chọn nó. Sau đó enter để thực
hiện lệnh:
get_param(gcb,'Orientation')
Bảng sau cho biết chiều phân cực của dòng điện và điện áp các thành phần RLC 3
pha và một pha,chống sét van,và cho bộ ngắt điện 1 pha và 3 pha.Bảng này cũng
cho biết chiều phân cực của trạng thái thay đổi
Block
Orientation
Positive Current
Direction
Measured
Voltage
phải trái --> phải Vtrái - Vphải
trái phải --> trái Vphải - Vtrái
down top --> bottom Vtop - Vbottom
up bottom --> top Vbottom - Vtop
Sự định hướng tự nhiên của khối là right cho khối horizontal và down cho khối
vertical
Simpower-system
Page 451 of 545
Cho máy biến áp một pha (tuyến tính hay bảo hòa),với cuộn dây được nối theo phía
trái và phía phải , điện áp của các cuộn dây là điện áp của bộ nối trên với bộ nối
dưới cho dù khối định hướng là phải hay là trái.Dòng chay qua cuộn dây là dòng
của bộ nối trên
Cho máy biến áp 3 pha ,điện áp phân cực và chiều dương của dòng điện được cho
biết bởi các kí hiệu được dùng trong khối Multimeter block.
Load Flow and Machine Initialization GUI
Machine load flow Hiển thị các đặc tính dòng tải của máy điện được lựa chọn trong trường
Machines .
Machines Hiển thị những tên của các khối Simplified Synchronous Machines, the
Synchronous Machines, the Asynchronous Machine, and the Three-Phase
Dynamic Load của mô hình. Lựa chọn một máy điện hay tải để đặt các thông
số cho dòng tải.
Bus type Nếu Bus type đặt P&V Generator, bạn có thể đặt điện áp đầu cực và công
suất thực của máy điện .Nếu Bus type đặt PQ generator, bạn có thể đặt
Simpower-system
Page 452 of 545
công suất tác dụng và công suất phản kháng. Nếu Bus type đặt Swing Bus,
bạn có thể đăt điện áp đầu cực you và enter một giá trị công suất tác dụng
nào đó và định rỏ pha A của máy điện.
Nếu bạn chọn khối máy điện Asynchronous Machine bạn chỉ cần enter
công suất máy được cung cấp bởi máy điện. Nếu lựa chọn một khối Three-
Phase Dynamic Load, bạn phải xác định công suất tác dụng và công suất
phản kháng tiêu thụ bởi tải.
Terminal voltage UAB Xác định điện áp dây của máy điện được lựa chọn.
Active power Xác định công suất tác dụng của máy điện hay tải được lựa chọn
Active power guess Xác định giá vtrị công suất tác dụng để start iterations khi machine bus type
là Swing Bus.
Reactive power Xác định công suất phản kháng của máy điện hay tải được lựa chọn .
Phase of UAN voltage Tham biến này chỉ được tạo ra khi kiểu bus là Swing Bus.
Xác định điện áp pha của pha A của máy điện được lựa chọn.
Mechanical power Trong chế độ động cơ xác định công suất máy bởi máy điện cảm ứng lồng
sóc.trong chế độ máy phát được tiêu thụ bởi máy đện là một giá trị âm.
Load flow frequency Xác định tần số dùng để tính toán dòng tải (thông thường là 60 Hz hay 50
Hz).
Load flow initial condition Thônh thường bạn nên giữ giá trị mặc định là Auto . Nếu bạn chọn Start
from previous solution, thì dòng tải làm việc với những điều kiện ban
đầutương ứng với cách giải quyết trước. Thử sự lựa chọn này nếu dòng tải
saisau một sự thay đổi của công suất và điện áp máy điện hay tham số dòng
điện .
Update Circuit & Measurements Cập nhật danh sách máy điện ,dòng điện và điện áp,cũng như công suất trong
cửa sổ load flow .nếu bạn đã có sự thay đổi trong mô hình trong khi cửa sổ
đã mở. Giá tri công suất và điện áp mới hiển thị trong của sổ được tính toán
bởi dong của máy điện từ dòng tải .
Execute Load Flow Thực hiện tính toán dòng tải để cho ra thông số dòng tải.
Use LTI Viewer GUI
Simpower-system
Page 453 of 545
System inputs Dang sách các đầu vào của mô hình trạng thái của mạch điện của bạn.Lựa
chọn các tín hiệu đầu vào bằng LTI Viewer.
System outputs Dang sách các đầu ra của mô hình trạng thái của mạch điện của bạn.Lựa
chọn các tín hiệu đầu vào bằng LTI Viewer.
System outputs .
Open New LTI Viewer Tạo ra mô hình không gian trạng thái của dòng điện và mở LTI viewer lựa
chọn tín hiệu đầu ra và tín hiệu đầu vào
Impedance vs Frequency Measurement GUI
Simpower-system
Page 454 of 545
Measurement Danh sách các khối Impedance Measurement của mô hình. Lựa chọn các
khối mà các khối này bạn muốn thu được đáp ứng tần số. Dùng phím CTRL
để lựa chọn vài giá trị trở kháng để hiển thị trong đồ thị .
Axis
Range (Hz) Xác định vector tần số , in hertz (Hz). You can specify in that field any valid
MATLAB expression defining a vector of frequencies; for example,
0:2:1000 or linspace(0,1000,500). The default is logspace(0,3,50).
Logarithmic Impedance/Linear Impedance Chọn cách chia độ logarithmic hay tuyến tính cho truc trở kháng đứng(trục
trung).
Logarithmic Frequency/Linear Frequency Chọn cách chia độ logarithmic hay tuyến tính cho truc tần số ngang(trục
ngang).
.
Grid Nếu lựa chọn ,đường kẻ ô hiển thị cho hai đồ thị .Mặc định không được chọn
Save data when updated
Simpower-system
Page 455 of 545
Nếu được chọn ,dữ liệu được lưu trong workspace.Tên của biến số được xác
định băng tham chiếu Workspace variable name . Trở kháng được lưu
trong một mảng cùng với tần số tương ứng Tần số được lưu trong một cột và
trở kháng được lưu trong một cột kế tiếp .Mặc định không được chọn.
Display/Save or Update Click hiển thị giá trị trở kháng đối với tần số và nếu Save data when
updated check box được lựa chọn,lưu dữ liệu trong workspace.
Click mở lặp lạigiảtị trở kháng đôi với tần số và hiển thị kết quả sau khi chay
mô hình.
FFT Analysis GUI
Structure Lists cấu trúc với thời gian linh hoạt đang hiện trong workspace. Các cấu
trúc được tạo ra bởi khối Scope hay To Workspace trong mô hình của
bạn.Dùng menu pull-down để lựa chọn biến mà bạn muốn phân tích.
Input Chọn tín hiệu đầu vào của cấu trúc được chọn với thời gian thay đổi được
xác định trong trường Structure .Những cấu trúc với thời gian thay đổi theo
tín hiệu vào có thể được tạo ra bởi khối Scope có các cổng đầu vào.
Signal Number
Simpower-system
Page 456 of 545
Xác định chỉ số của tín hiệu đầu vào đã được chọn trong tham chiếu Input
r. Cho ví dụ, tham chiếu Signal Number cho phép bạn chọn tìn hiệu pha A
của tín hiệu 3 pha nối đầu vào 2 của khối Scope block.
Start time(s) Xác định thời gian bắt đầu cho phép phân tích FFT .
Number of cycles Xác định số chu kì cho phép phân tích FFT .
Display FFT window/Display entire signal Trong menu pulldown , chọn Display entire signal để hiển thị toàn bộ đã
chọn trong đồ thị .Chọn Display FFT window chỉ hiển thị 1 phần tìn hiệu
mà tại đây phép phân tích FFT được thực hiện.
Fundamental frequency Xác địn tần số cơ bản cho phép phân tích FFT, in hertz (Hz).
Max Frequency Xác địn tần số max cho phép phân tích FFT, in hertz (Hz).
Frequency axis Trong menu pull-down , chọn Hertz để hiển thị trục tần số .Chọn
Harmonic order để hiển thị trục tần số phổ.
Display style Trong menu pull-down, chọn Bar (relative to Fund. or DC) to display the
spectrum as a bar graph relative to the fundamental frequency. Select Bar
(relative to specified base) to display the spectrum as a bar graph relative to
the base defined by the Base value parameter.
Select List (relative to Fund. or DC) to display the spectrum as a list in %
relative to the fundamental or DC component. Select List (relative to
specified base) to display the spectrum as a list in % relative to the base
value defined by the Base value parameter
Base value Enter một giá trị cơ bản của sóng hài hiển thị.
Display Hiển thị kết quả của phép phân tích FFT cho giá trị đã chọn.
Generate Report GUI
Simpower-system
Page 457 of 545
Items to include in the report Trong các check boxes, chọn sự kết hợp của giá trị đo đạt để tạo ra bảng
Steady state, Initial states, and Machine load flow. Mặc định không chọn
cả 3.
Frequency to include in the report Chọn mot hay nhiều giá trị tần số trong bảng 60 Hz hay tất cả . Mặc định là
60 Hz.
Units Đặt tham chiếu Units là Peak values để hiện thị giá trị đỉnh của giá trị được
lựa chọn. Đặt tham chiếu Units là RMS để hiện thị giá trị căn bậc hai trung
bình của giá trị được lựa chọn
Format Trong menu pull-down, chọn format tai dây bạn muốn các giá trị đo đạt hiển
thị. Nếu lựa chọn floating point được hiển thị trong công thức mũ từ 5 số gợi
ý.Nếu lựa chọn best of hiển thị với 4 số gợi ývà chỉ sử dụng công thức này
cho những số lớn hơn 9999. Lựa chon sau được hiển thị những con số tối
giản với 2 số bên phải dấu chấm thập phân.. Mặc định là floating point.
.
Create Report Tạo ra một bảng và lưu nó trong 1 file.
Hysteresis Design Tool GUI
Simpower-system
Page 458 of 545
Segments Trong menu pull-down , xác định số đoạn tuyến tính về phía bên phải của
đường cong từ hóa .Phía trái của đường cong làphần đối xứng của phía phải.
Remanent flux Fr Xác định từ thông dư của đường cong từ hóa (từ thông lúc dòng điện bằng
0).
Saturation Flux Fs Xác định điểm từ thông bảo hòa mà tại đây đường cong từ hóa trở thành
đương cong bão hòa đơn.
Saturation current Is Xác định dòng bão hòa mà tại đây đường cong từ hóa trở thành đương cong
bão hòa đơn.
. Miền bão hòa được xác định trong tham chiếu Saturation region currents
Coercive current Ic Xác định điểm dòng điện cưỡng bức của đường đặc tính từ trể.
dF/dl at coercive current
Simpower-system
Page 459 of 545
Đặt độ nghiên của từ thông tại điêmdòng cưỡng bức (dòng khi từ thông
bằng 0).
Saturation region currents Định rỏ vecto các giá trị dòng mà các giá trị này được xác định trên đặc tính
bão hòa .Số điểm phải đặt trong tham chiếu Saturation region fluxes . Bạn
chỉ cần phần dương của đường đặc tính.
Saturation region fluxes Định rỏ vecto các giá trị từ thông mà các giá trị này được xác định trên đặc
tính bão hòa .Số điểm phải đặt trong tham chiếu Saturation region fluxes .
Bạn chỉ cần phần dương của đường đặc tính.
.
Transfo Nominal Parameters Xác định các tham số định mức (coong suất định mức in VA, điện áp định
mức của cuộn dây 1, in volts RMS, tần số định mức in Hz) được dùng trong
sự biên đổi của tham biến từ trể.
Parameter units Chuyển đổi giá trị từ thông và dòng điện để định ra dương đặc tính bão hòa
từ SI đến p.u. hay từ p.u. đến SI.
Zoom around the hysteresis Nếu lựa chọn thì có thể phóng to hay thu nhỏ quanh đường cong từ trể . Mặc
định không được chọn
Example
Mở phần demos của SimPowerSystems và double-click vào khối Powergui có
trong mô hình. Mổi phần demo, bạn có thể dùng thanh công cụ của Powergui để
thấy được các giá trị ban đầu và các giá trị xác lậpcủa điện áp tụ điện và dòng cuộn
cảm. Cho phần demo của máy điện bạn có thể thực hiện phép phân tích dòng tải.
See Also
Multimeter reference section, Saturable Transformer reference section
PM Synchronous Motor Drive PWM Generator
PWM Generator
Generate pulses for a carrier-based two-level pulse width modulator (PWM) in
converter bridge
Library
Extras/Control Blocks
A discrete version of this block is available in the Extras/Discrete Control Blocks
library.
Simpower-system
Page 460 of 545
Description
Khối The PWM Generator tạo ra xung cho carrier-based pulse width modulation
(PWM) . khối này có thể dùng các linh kiện điện tử (FETs, GTOs, or IGBTs) :1
pha ,hai pha ,ba pha ,cầu kếp hay sự kết hợp của hai cầu 3 pha.
Số xung đựoc tạo ra bởi khốiPWM Generator bđược xác định bằng số nhánh của
cầu mà bạn phải điều khiển:
Hai xung được tao ra bởi cầu đơn nhánh.Xung 1 được kích khởi bởi thiết bị
trên và xung hai kích khởi bởi thiết bị dưới (thể hiện trong hình la thiết bị
IGBT ).
Bốn xung được tao ra bởi cầu hai nhánh.Xung 1và 3 được kích khởi bởi thiết
bị trên và xung 2 và4 kích khởi bởi thiết bị dưới (thể hiện trong hình la thiết
bị IGBT ).
Simpower-system
Page 461 of 545
Sáu xung được tao ra bởi cầu ba nhánh.Xung 1, 3 và 5 được kích khởi bởi
thiết bị trên của nhánh thứ 1,2,3và xung 2,4,6 kích khởi bởi thiết bị dưới (thể
hiện trong hình la thiết bị IGBT ).
Mười hai xung được tao ra bởi hai cầu ba nhánh.sáu xung đầu (1 đến 6)được
kích khởi bởi 6 thiết bị của cầu 3 nhánh I và sáu xung sau (7 đến 12) kích
khởi bởi thiết bị của cầu 3 nhánh II
Mổi xung của nhánh được tạo ra bởi sự so sánh 1 dạng sóng mang tam giác và 1
dạng tín hiệu chuẩn.TÍn hiệu này có thể được tạo ra bởi khối PWM
Generatorhay có thể là một vecto của tín hiệu ngoài được nối với tín hiệu đầu
vào của khối .Một tín hiệu chuẩn cần tạo ra xung cho cầu 1 hay 2 nhánh và 3 tín
hiệu chuẩn cần được tạo ra cho cầu đơn hay đôi 3 pha
Biên độ ,pha, và tín hiệu chuẩn được để điều chỉnh điện áp đầu vào của cầu được
nối đến khối PWM Generator .
Hai xung kích khởi hai linh kiện của cầu một nhánh thì bù nhau.Cho ví dụ,xung 4
thì thấp (0) khi xung 3 cao (1). Điều này mô tả trong hai hình kế bên.
Hình dười hiển thị hai xung được tạo ra bởi khối PWM Generator .khoi no được lập
trình để điểu khiển cầu một nhánh.
Simpower-system
Page 462 of 545
Tín hiệu sóng mang tam giác được so sánh với tín hiẹu điều biến hình sin . Khi tín
hiệu này lớn hơn xung mang 1 thì cao (1) và xung mang 2 thì thấp (0).
Tín hiệu điều chỉnh của cầu hai nhánh một pha sử dụng cho nhánh hai là phủ định
của tín hiêu điều biến 1 (180 degrees phase shift).
Tín hiệu điều biến của cầu 6 nhánh 3 pha sử dụng cho cầu 2 thì phủ định của tín
hiệu điều biến dùng cho cầu 1.
Hình dưới hiển thị 6 xung được tạo ra bởi khối PWM Generator block khi nó được
lập trình để điều khiển cầu 3 nhánh.
Simpower-system
Page 463 of 545
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 464 of 545
Generator Mode Xác định số xung tao ra .Số xung thì tỉ lệ với số nhánh của cầu kích khởi.Ví
dụ chọn Double 3-arm bridges (12 pulses) để kích khởi các thiết bị của hai
cầu 6 xung được nối trong cầu 12 xung.
Carrier frequency Tần số của tín hiệu sóng mang hình tam giác, in hertz,
Internal generation of modulating signal Nếu được chọn tín điều biến được tao ra bởi khối.Mặc khác, tín hiệu điều
biến ngoài dùng cho sự phát xung.
Modulation index (0 < m < 1) Tham biến Modulation index chỉ dược nhìn thấy nếu Internal generation
of modulating signal (s) được chọn
Biên độ của tín hiệu điều biến hình sin . The Modulation index phải lớn hơn
0, và nhỏ hơn 1. Tham số này dùng để điều chỉnh biên độ của điện áp đầu ra
của cầu điều khiển.
Frequency of output voltage Tham số Frequency of output voltage (Hz) chỉ được nhìn thấy nếu như
Internal generation of modulating signal (s) được chọn.
Tần số của tín hiệu điều biến trong. Tham số nay thường dùng để điều chỉnh
tần số của điện áp đầu ra của cầu điều khiển.
Phase of output voltage Tham số Phase of output voltage chỉ được nhìn thấy nếu như tham số
Internal generation of modulating signal (s) đựoc chọn.
Simpower-system
Page 465 of 545
Góc pha của tín hiệu điều biến trong, in degrees. Tham số này được dùng để
điều chỉnh điện áp đầu ra của cầu điều khiển.
Inputs and Outputs
Signal(s) Tín hiệu này chỉ được nhìn thấy khi Internal generation of modulating
signal (s) được chọn.
Tín hiệu là vecto của các tín hiêu điều biến khi Internal generation of
modulating signal không đựoc chọn.Nối tín hiêu này đến tín hiệu hình sin 1
phakhi khối được dùng để điều chỉnh cầu hai nhánh hay cầu một nhánh,hay
đến tín hiệu hình sin 3 pha khi khối PWM Generator block điều khiển cầu
đơn hay đôi 3 pha.
Pulses Tín hiệu đầu ra bao gồm 2,4,6 hay 12 tín hiệu xung dùng để kích khởi thiết
bị (MOSFETs, GTOs, or IGBTs) : 1 pha,2 pha , hay 3 pha hay sự kết hợp hai
cầu 3 ba.
Example
See the power_1phPWM and power_3phPWM demos for examples of single-phase
and three-phase two-level inverters.
See Also
Universal Bridge reference section
Powergui RMS
RMS
Đo đạt giá trị căn bậc hai trung bình (RMS)của tín hiệu
Library
Extras/Measurements
A discrete version of this block is available in the Extras/Discrete Measurements
library.
Description
Simpower-system
Page 466 of 545
Khối này đo giá trị căn bậc hai trung bình của tín hiệu dòng điện và điện áp tức thời
được nối với đầu ra của khối. Giá trị RMS của tín hiệu đầu vào được tính toántheo
công thức.
Khối này dùng chạy cửa sổ trung bình ,một chu kỳ mô phỏng phải hoàn thành trước
khi tín hiệu đầu ra cho giá trị hiệu chỉnh ,Sự trể của khối này cho phép bạn xác
định biên độ của tín hiệu ,Chu kỳ đầu tiên của tín hiệu có thể tính bằng giá trị RMS
của tín hiệu ban đầu
Dialog Box and Parameters
Fundamental frequency Tần số cơ bản của tín hiệu ,Hz.
Example
Trong phần demo power_controlvolt, bạn có thể thêm khối RMS thể hiện bean dưới
cho phép đo giá trị RMS của điện áp tụ điện. Khối The Controlled Voltage Source
tạo ra sóng hài bậc ba lúc
t t = 0.4 seconds.
Simpower-system
Page 467 of 545
Lúc bắt đầu mô phỏng khối RMS can một chu kỳ của tần số cơ bản (60Hz) để tính
giá trị RMS của điện áp
Lúc t = 0.4 giá trị RMS tăng chậm bởi vì sự tăng lên của tín hiệu sóng hài bậc ba.
Khối RMS can một chu kỳ của tín hiệu cơ bản để làm ổn định và cho giá trị chính
xác
Simpower-system
Page 468 of 545
PWM Generator Saturable Transformer
Saturable Transformer
Implement a two- or three-winding saturable transformer
Library
Elements
Simpower-system
Page 469 of 545
Description
Khối máy biến áp bảo hòa The Saturable Transformer bao gồm ba cuộn day quấn
trên một lõi sắt
Mô hình đưa vào để tính giá trị điẹn trở cuộn dây
(R1 R2 R3) điện kháng khe hở (L1 L2 L3) cũng như đặc tính từ hóa của lõi sắt, mà
nó được đặc trưng bởi điện trở Rm xem như tổn thất sắt và điện kháng bảo hòa
Lsat.
Bạn có thể chọn một trong hai sự lựa chọn để mô tả đặc tính của dòng từ thông phi
tuyến
Sự bảo hòa không có tính trể. Tổn that sắt (dòng điện xoáy + dòng fuco) được đặc
trưng bởi điện trở Rm.
Từ trễ và sự bảo hòa. Đặc điểm của tính trễ được thể hiện trên thanh công cụ
Hysteresis Design Tool của khối Powergui block. Tổn that dòng xoáy trong lõi sắt
được đặc trưng bởi điện trở tuyến tính Rm.
Note Modeling the hysteresis requires additional computation load and
therefore slows down the simulation. The hysteresis model should be
reserved for specific applications where this phenomenon is important.
Simpower-system
Page 470 of 545
Saturation Characteristic Without Hysteresis
Khi tính trể không được thể hiện thì đặc tính bảo hòa của khối Saturable
Transformer được xác định bằng mối quan hệ tuyến tính giữa từ thông và dòng từ
hóa
Do đó, nếu bạn muốn xác định giá trị từ thông dư (phi 0), điểm thứ hai của đường
đặc tính bảo hòa đối xứng qua hư điểm của dòng điện ( điểm 0), như thể hiện trong
hình b Đặc tính bảo hòa được thành lập bằng các cặp điểm (i, phi) mà bắt đầu với
cặp (0, 0). SimPowerSystems chuyển đổi vectơ tử thông pu và vectơ dòng điện
Ipu trong đơn vị chuẩn được sử dụng để mô tả sự bảo hòa của khối Saturable
Transformer block:
khi từ thông móc vòng cơ bản ( base) và dòng điện cơ bản (Ibase) là các giá trị
đỉnh tồn tại khi tần số và công xuất định mức
Từ thông cơ bản được xác định như là giá trị đỉnh của từ thông hình sin. Khi cuộn
day 1 được nối với nguồn điện áp hình sin. Giá trị từ thông được xác định dựa trên
đặc điểm của tử thông móc vòng. Từ thông cơ bản được xác định bằng công thức
Simpower-system
Page 471 of 545
Khi được thể hiện trong đơn vị tương đối thì từ thông và từ thông móc vòng có
cùng giá trị .
Saturation Characteristic with Hysteresis
Dòng từ hóa I được tính toán từ giá trị từ thông được sinh ra bởi dòng điện chạy
qua nhánh từ hóa. Mô hình tỉnh của từ trễ được xác định bằng mối quan hệ giữa từ
thông và dòng từ hóa. Khi tổn thất sắt không được hiện diện
Mô hình trễ được dựa trên đặc tính semiempirical, sử dụng phép phân tích
arctangent đối với biểu thức (I) va biểu thức ngược I( ) đựơc thể hiện trên quỹ
đạo và đặc tính bảo hòa đơn . The Hysteresis design tool của khối Powergui block
được dùng để tạo ra phần đường cong từ trễ của lõi sắt đặc biệt. Các tham biến được
xác định bằng từ thông dư dòng điện dung (Ic) và (d /dI) tại điểm (0, Ic) thể hiện
trong hình kế bên.
Nữa chu kỳ của đường cung được xác định bằng chuỗi N điểm cách đều nhau được
nối lại bằng những đường phân đoạn. Giá trị N đựơc xác định trong Hysteresis
design tool của khối Powergui block. Khi N = 256 thì thu được đường cong trơn
và kết quả tốt đẹp
Đặc tính bảo hòa đơn được xác định bằng các cặp giá trị từ thông – dòng điện
đường cong này phải tiệm cận với điện kháng của cuộn cảm lõi không khí Ls.
Đặc điểm chính của mô hình trễ đượ tóm tat bên dưới
Simpower-system
Page 472 of 545
Một sự biến đổi đói xứng của từ thông tạo ra sự thay đổi của dòng điện đối xứng
giữa hai giá trị -Imax và +Imax, cho ra một đường cong từ trễ đối xứng. Đường
cong này có hình dáng và diện tích phụ thuộc vào giá trị của từ thông max.
Đường cong được tạo ra khi max bằng từ thông dòng bảo hòa ( s).
Trong điều kiện tạm thời , dòng từ hóa dao động tạo ra đường cong không đối
xứng thể hiện trong hình kế bên và tất cả các điểm làm việc được vẽ bên trong
đường cong lớn. Đường cong kín không có nhiều ảnh hưởng đến việc khai triển
sau.
Quỹ đạo bắt đầu từ điểm giá trị từ thông dư điểm này thuộc trục thẳng đứng bên
trong đường cong lớn. Bạn có thể xác định giá trị từ thông ban đầu phi không hay
nó tự động quy định để cho sự mô phỏng bắt đầu tiến đến trạng thái xác lập
The Per Unit Conversion
Bạn cần xác định giá trị điện trở và điện kháng của cuộn dây trong đơn vị tương
đối. Giá trị này được xác định trên lý lịch của máy biến áp: công xuất định mức Pn
tần số định mức Hz điện áp định mức Un của các cuộn dây tương đương. Điện trở
và điện kháng trong đơn vị tương đối được xác định như sau:
Simpower-system
Page 473 of 545
Điện trở và điện kháng cơ bản được sử dụng của mỗi cuộn day được xác định:
Điện trở nhánh từ hóa. Giá trị tương đối được căn cứ trên máy biến áp được xem
như là công suất và điện áp định mức của cuộn dây 1
Các giá trị mặc định của cuộn day 1 được xác định trong hộp thoại cho những giá trị
cơ bản sau:
Ví dụ: nếu thông số của cuộn day 1 là R1 = 1.44 and L1 = 0.1528 H giá trị tương
đương được cho trong hộp thoại là:
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 474 of 545
Nominal power and frequency Công suất định mức, tần số của máy biến áp
Winding 1 parameters Điện áp định mức điện trở và điện kháng khe hở trong đơn vị tương đối của
cuộn dây l
Winding 2 parameters Điện áp định mức điện trở và điện kháng khe hở trong đơn vị tương đối của
cuộn dây2.
Three windings transformer Nếu được lựa chọn xác định máy biến áp bảo hòa với ba cuộn day. Nếu
không nó thực thi là máy biến áp hai cuộn day
Winding 3 parameters The Winding 3 parameters không được thể hiện nếu như Three windings
transformer không được chọn. Điện áp định mức, điện trở và điện kháng
khe hở của cuộn day ba
Saturation characteristic Xác định chuỗi các cặp điểm (dòng từ hóa-từ thông) bắt đầu từ cặp điểm
(0,0).
Core loss resistance and initial flux Công suất tác dụng tiêu hao trên lõi sắt đặc trưng bởi điện trở tương đương.
Ví dụ 0.2% tổn thất sắt công suất tác dụng lúc điện áp định mức , Rm = 500
p.u. Bạn cũng có thể xác định giá trị từ thông ban đầu phi0 (p.u). Gía trị từ
thông này trở nên đặc biệt quan trọng khi máy biến áp hoạt động. Nếu như
Simpower-system
Page 475 of 545
phi 0 không được xác định thí từ thông ban đầu sẽ tự động điền vào để sự mô
phỏng bắt đầu ở trạng thái xác lập. Khi mô phỏng tính trễ, Rm đặc trưng cho
tổn hao dòng xoáy
Simulate hysteresis Đặc tính bảo hòa từ trễ thay thế bằng đường cong bảo hòa
Hysteresis data MAT file The Hysteresis data MAT file chỉ được nhìn thấy nếu như Simulate
hysteresis được lựa chọn .
File a .mat bao gồm dữ liệu dùng cho mô hình trễ. Khi bạn mở Hysteresis
Design tool của khối Powergui, đường cong mặc định từ trễ và các thông số
được lưu vào hysteresis.mat file được hiển thị . File --> Load a model của
Hysteresis Design tool để tải một file khác có đuôi.mat file. File --> Save
this model của Hysteresis Design tool để lưu mô hình của bạn trong một
file mới
Measurements Chọn Winding voltages để đo điện thế giữa hai đầu cuộn day của khối
Saturable Transformer block.
Chọn Winding currents để đo dòng chảy qua các cuộn day của khối
Saturable Transformer block.
Chọn Flux and excitation current (Im + IRm) để đo từ thông móc vòng và
tổng dòng kích thích bao gồm cả tổn thất sắt đặc trưng bởi điện trở Rm.
Chọn Flux and magnetization current (Im) để đo từ thông móc vòng và dòng
từ hóa
Chọn All measurement (V, I, Flux) để đo điện áp dòng điện ,dòng từ hóa và
từ thông móc vòng.
Đặt khối Multimeter block trong mô hình của bạn để hiển thị các giá trị đo
lường trong suốt quá trình mô phỏng
Trong list box Available Measurements của khối Multimeter block, giá tri
đo được gán bằng một kí hiệu như sau:
Measurement Label
Điênáp cuộn dây Uw1:, Uw2:, Uw3:
Dòng cuộn dây Iw1:, Iw2:, Iw3:
Dòng kích thích Iexc:
Dòng từ hóa Imag:
Từ thông móc vòng Flux:
Limitations
Các cuộn day có thể được nối trái .Tuy nhiên cuộn day hạn chế được nối bên trong
mạch điện qua một điện trở .sự kết nối này không ảnh hưởng đến điện áp và phép
đo hiện thời
Simpower-system
Page 476 of 545
Example
Phần demo power_xfosaturable minh họa hiệu ứng của một pha trong 3 pha máy
biến áp 450 MVA, 500/230 kV ,công suất 3000 MVA .các thông số của máy biến
áp
Tần số và công suất định
mức
Pn = 150e6 VA fn = 60 Hz
Thông số của cuộn day 1 (sơ
cấp )
V1 = 500e3
Vrms/sqrt(3)
R1 = 0.002
p.u.
L1 = 0.08
p.u
Thông số của cuộn day 2 (thứ cấp)
V2 = 230e3
Vrms/sqrt(3)
R2 = 0.002
p.u.
L2 = 0.08
p.u.
Đặc tính bảo hòa [0 0; 0.0 1.2; 1.0 1.52]
Từ thông ban đầu và điện
trở
Rm = 500 p.u. phi0 = 0.8
p.u.
Sự mô phỏng của mạch điện miêu tả những hiệu ứng của dòng điện và điện thế .
Nguồn cộnh hưởng lúc sóng hài thứ tư.bạn có thể quan sát một sóng hài bật 4 của
điện áp thứ cấp .Trong mạch điện này từ thông tính theo hai cách :
Bằng phương pháp tích phân điện áp thứ cấp
Bằng khối Multimeter block
Kết quả mô phỏng được biểu hiện qua các điểm :
Simpower-system
Page 477 of 545
References
Casoria, S., P. Brunelle, and G. Sybille, "Hysteresis Modeling in the
MATLAB/Power System Blockset," Electrimacs 2002, cole de technologie
suprieure, Montreal, 2002.
Frame, J.G., N. Mohan, and Tsu-huei Liu, "Hysteresis modeling in an Electro-
Magnetic Transients Program," presented at the IEEE PES winter meeting, New
York, January 31 to February 5, 1982.
See Also
Linear Transformer reference section, Multimeter reference section, Mutual
Inductance reference section, Powergui reference section, Three-Phase Transformer
(Two Windings) reference section, Three-Phase Transformer (Three Windings)
reference section
RMS Self-Controlled Synchronous Motor Drive
Self-Controlled Synchronous Motor Drive
Simpower-system
Page 478 of 545
Implement a Self-Controlled Synchronous Motor Drive
Library
Electric Drives/AC drives
Description
Khôi này là mô hình điều khiển động cơ đồng bộ roto day quấn. Sơ đồ mức cao bên
dưới được xây doing trên 6 khối chính .Động cơ WFSM, bộ ngịch lưu 3 pha va bộ
chỉnh lưu 3 pha được tạo ra từ thư viện SimPowerSystems. Phần lớn nội dung của
các khối này được thể hiện trong phần hướng dẫn người sử dụng của
SimPowerSystems. Bộ điều chỉnh tốc độ , bộ chỉnh lưu, và môhình điều khiển vecto
High-Level Schematic
AC5 Motor Drive High-Level Schematic
Simulink Schematic
Simpower-system
Page 479 of 545
AC5 Motor Drive Simulink Schematic
Speed Controller
Bộ điều chỉnh tốc độ quay dựa vào khâu hiệu chỉnh PI .Tín hiệu đầu ra của khâu
hiệu chỉnh là momen quay được đặt vào khối vecto control .
Speed PI Regulator Schematic
Rectifier Controller
Simpower-system
Page 480 of 545
Bộ điều khiển chỉnh lưu dựa vào khâu hiệu chỉnh PI ,được thể hiện bên dưới .Tín
hiệu đầu ra của khối này là hướng của dòng xoay chiều
Khối dq-abc block biểu diển sự chuyển đổi của dong dq khi thay đổi
The current regulator là bộ điều chỉnh dòng can bằng với sự điều chỉnh độ rộng dãi
trể.
Vector Controller
The vector control có 5 khối chính thể hiện như trong hình .các khối được mô tả bên
dưới
Khối flux estimator được dùng để đánh giá từ thông stato động cơ .
The flux PI controller được dùng để để điều chỉnh máy điện .
Khối dq2abc biểu diển sự thay đổi của dòng dq .
The current regulator là bộ điều chỉnh dòng can bằng với sự điều chỉnh độ rộng dãi
trể.
.
The magnetization control unit bao gốm các khối logic được dùng để chuyển mạch
giữa sự từ hóa và các phép tính thông thường .
Remarks
Mô hình gián đoạn .Kết quả mô phỏng tốt phải thực hiện với bước thời gian là.1
.ĐỂ một thiết bị điều khiển số mô phỏng thì hệ thống điều khiển có hai bước
tính thời gian khác nhau :
Simpower-system
Page 481 of 545
Bước tính thời gian điều khiển tốc độ
Bước tính thời gian điều khiển
Bước tính thời gian của bộ điều chỉnh tốc độ phỉa là bội số của vecto thời gian
bbước tính thời gian sau phải là bội số của bậc thời gian .
Quy ước ký hiệu của momen của máy điện đồng bộ khác với động cơ không đồng
bộ và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cữu PM .Nghĩa là máy điện đồng bộ hoạt
động ổ chế độ động cơ khi momen điện mang dấu âm và hoạt dộng ở chế độ máy
phát khi momen điện mang dấu dương.
Dialog Box
Synchronous Machine Tab
Simpower-system
Page 482 of 545
Phần mục synchronous machine hiển thị các thông số của khối synchronous
machine block của powerlib library. Hơn nữa phần hướng dẫn người sử dụng của
SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin về các thông số của máy đồng bộ
Converters and DC bus tab
Rectifier section Phần rectifier của phần mục Converters and DC bus hiển thị các thông số
của khối Universal Bridge của powerlib library. . Hơn nữa phần hướng dẫn
người sử dụng của SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin về các thông
số của Universal Bridge
Inverter section Phần Inverter của phần mục Converters and DC bus hiển thị các thông số
của khối Universal Bridge của powerlib library. . Hơn nữa phần hướng dẫn
người sử dụng của SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin về các thông
số của Universal Bridge
DC Bus Capacitance Giá trị tụ điện DC bus (F).
Input Choke -- Inductance
Simpower-system
Page 483 of 545
Giá trị cảm kháng chặn đầu ra (henrys).
Input Choke -- Resistance Giá trị điện trở chặn đầu ra ( ).
Controller tab
Regulation Type Menu pop-up cho phép bạn chọn giữa speed and torque regulation.
Schematic Button Khi bạn nhấn nut này thì một biểu đò minh họa sơ đồ điều khiển tốc độ và
dòng điện xuất hiện .
Controller - Speed controller Subtab
Speed Sensor Cutoff Frequency Tần số tới hạn của bộ lọc tần số thấp (Hz).
Speed Controller Sampling Time
Simpower-system
Page 484 of 545
Bước tính thời gian điều khiển tốc độ (s). Bước tính thời gian phải là bội số
của bậc thời gian .
Speed Ramps -- Acceleration Trong suốt quá trìng động cơ tăng tốc giá trị max của tốc độ thay đổi . giá trị
dương quá lớn có thể là nguyên nhân làm giảm áp trên bus DC
(rpm/s).
Speed Ramps -- Deceleration Trong suốt quá trìng động cơ hảm tốc giá trị max của tốc độ thay đổi . giá trị
âm quá lớn có thể là nguyên nhân làm quá áp trên bus DC (rpm/s).
Proportional Gain Hệ số khuyếch đại tỉ lệ của bộ điều chỉnh tốc độ .
Integral Gain Hệ số khuyếch đại tích phân của bộ điều chỉnh tốc độ.
Current Output Limits -- Negative Giá trị âm cần thiết của dòng để cung cấp cho động cơ bằng vector control
(A).
Current Output Limits -- Positive Giá trị dương cần thiết của dòng để cung cấp cho động cơ bằng vector
control (A).
Controller - DC Bus Controller Subtab
Simpower-system
Page 485 of 545
Proportional Gain Hệ số tỉ lệ của DC bus controller.
Integral Gain Hệ số tích phân của DC bus controller.
Limits -- Negative Dóng điện cực đại chạy từ tụ điện DC bus về hướng dường dây AC (A).
Limits -- Positive Dóng điện cực đại chạy từ đường dây AC về hướng tụ điện DC bus (A).
Voltage Measurement Low-Pass Filter Tần số giới hạn của bộ lọc tần số thấp (Hz).
Sampling Time Bước tính thời gian của bộ điều chỉnh điện áp DC bus .Bước tính thời gian
phải là bội số của bậc thời gian .
Current Hysteresis Bandwidth Độ rộng dòng từ hóa . Giá trị này là tổng độ rông phân bố đối xứng quanh
điểm dòng điện đặt (A)
. hình dưới mô tả một trường hợp khi điểm đặt dòng
điện là Is*and the current hysteresis bandwidth is set to
dx.
Simpower-system
Page 486 of 545
Controller - Vector Controller Subtab
Current Hysteresis Bandwidth Độ rộng dòng từ hóa . Giá trị này là tổng độ rông phân bố đối xứng quanh
điểm dòng điện đặt (A)
. hình dưới mô tả một trường hợp khi điểm đặt dòng
điện là Is*and the current hysteresis bandwidth is set to
dx.
Simpower-system
Page 487 of 545
Current Hysteresis Bandwidth
Delta Angle Estimation Low-Pass Filter Tần số bộ lọc tần số thấp với góc quy ước (Hz).
Vector Controller Sampling Time Buớc tính thời gian điều chỉnh vecto (s). Buớc tính thời gian phải là bội số
của bậc thời gian
Motor Nominal Flux Từ thông định mức stator động cơ (Wb).
Flux Controller section
Proportional Gain Hệ số tỉ lệ của bộ điều chỉnh từ thông
Integral Gain Hệ số tích phân của bộ điều chỉnh từ thông
Voltage Limits -- Minimum Giá trị điện áp thấp nhất cung cấp cho kích tứ động cơ (V).
Voltage Limits -- Maximum Giá trị điện áp cao nhất cung cấp cho kích tứ động cơ (V).
First-Order Low-Pass Cutoff Frequency The flux estimation first-order filter cutoff frequency (Hz).
Magnetization Controller section
Khi bạn khởi động động cơ đồng bộ tự kích từ từ thông của động cơ phải được đặt
trước khi động cơ tạo ra momen điện . Trước đó hằng số thời gian cao,điịen áp
pahỉ cao hơn giá trị định mức cung cấp để tăng từ thông của độnh cơ đồng bộ .Sau
thời gian dùng điện áp cao ,thì điện áp giảm xuống đến giá trị định mức trong thời
gian tiếp theo . Công việc này giúp cho động cơ đồng khởi động mịn hơn
.
Field Magnetization Voltage Điện áp từ hóa được cung cấp để tạo ra từ thông stato (V).
High voltage field magnetization time Thời gian cung cấp điện áp cao từ hóa (s).
Field Nominal Voltage Điện áp định mức (V).
Total Magnetization Time Tổng thời gian trước khi sự điều khiển tạo ra momen xoắn (s).
Simpower-system
Page 488 of 545
Block Inputs and Outputs
Inputs
Khối này có 5 tín hiệu đầu vào : A, B, C, SP, and Mec_T.
Tín hiệu A, B, and C là 3 pha nguồn
Tín hiệu thứ 4 là tốc độ hay momen quay . tín hiệu thứ 5 là momen tải cản
Chú ý tốc độ đặt có thể là một hàm bậc nhưng sự thay đổi tốc độ theo tỉ lệ
acceleration / deceleration. Nếu momen tải và tốc đọ có ký hiệu ngược nhau
,momen tăng tốc là tổng của mômen tải và mômen điên từ
Outputs
Khối có 4 tín hiệu đầu ra:
Đầu tiên là vecto động cơ . Vecto này cho phép bạn quan sát sự thay đổi của động
cơ sử dụng phần SimPowerSystems motor demux.
Đầu ra thứ hai là vecto giá trị đo của bộ chuyển đổi 3 pha .Vecto này gồm
Điện áp bus DC
Dòng điên đầu ra của bô chỉnh lưu
Dòng điện đầu vào của bộ nghịch lưu
Chú ý: tất cả các giá trị của dòng điện và điện áp của cầu có thể quan sát trên khối
mulimeter block (refer to the multimeter user note).
Tín hiệu thứ 3 là controller vector. Vecto này bao gồm các giá trị của
Tiêu chuẩn momen
Sai số tốc độ (sự sai khác giữa tốc độ chuẩn và tốc độ thực )
Độ dốc tốc độ chuẩn và iêu chuẩn momen
Ttín hiêu thứ 4 là vecto active rectifier. Vecto này bao gồm các giá trị của :
Tiêu chuẩn dòng điện
Sai số điện áp (sự sai khác giữa điện áp tiêu chuẩn DC và điện áp DC bus)
Tiêu chuẩn điện áp bus DC
Model Specifications
Simpower-system
Page 489 of 545
Thư viện chứa tham số điều khiển a 200 hp. Sự xác định tham số 200 hp drive như
thể hiện trong bảng
200 HP Drive Specifications
Drive Input Voltage
Biên độ 460 V
Tần số 60 Hz
Motor Nominal Values
Công suất 200 hp
Tốc độ 1800
Điện áp 460
.
Example
Hình bên dưới mô tả sự mô phỏng điều khiển động cơ AC5 với điều tải chuẩn .
Lúc t = 0 s, tốc độ đặt là 300 rpm.
AC5 Example Schematic
Như thể hiện bên dưới , tốc độ tăng theo độ dốc. Lúc t=3s mômen động cơ là
mômen tải định mức. Lúc t=5s tốc độ bằng 0. Tốc độ giảm đến 0. Lúc t=7s. Tải cơ
tăng từ 890N.m đến -890 N.m
Simpower-system
Page 490 of 545
AC5 Example Waveforms
References
[1] Bose, B. K., Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice-Hall, N.J.,
2002.
[2] Krause, P. C., Analysis of Electric Machinery, McGraw-Hill, 1986.
Saturable Transformer Series RLC Branch
Series RLC Branch
Library
Elements
Description
Simpower-system
Page 491 of 545
Khối Series RLC Branch cung cấp điện trở đơn giản , cuộn cảm hay tụ điện hay sự
kết hợp của các linh kiện đó mỗi điện trở cuộn cảm hay tụ điện của nhánh. Giá trị
RLC có giá trị tương ứng là 0,0 và vô cùng. Các linh kiện được hiển thị trong biểu
tượng khối. Giá trị âm dùng để tính điện trở, điẹn kháng, điện dung.
Dialog Box and Parameters
Resistance Điện trở nhánh ( ).
Inductance Điẹn kháng nhánh (H).
Capacitance Điện dung nhánh (F).
Measurements Chọn Branch voltage để đo điện áp các cực của khối Series RLC Branch.
Chọn Branch current để đo dòng chảy qua khối Series RLC Branch .
Chọn Branch voltage and current để đo điện áp và dòng của khối Series
RLC Branch .
Đặt một khối Multimeter trong mô hình của bạn để hiển thị sự đo đạt trong
suốt quá trình mô phỏng. Trong danh mục Available Measurements của
khối Multimeter. Giá trị đo đạt được gán bằng một ký hiệu ghi trong bảng
sau .
Measurement Label
Điện áp nhánh Ub:
Dòng điện nhánh Ib:
Example
Simpower-system
Page 492 of 545
Đáp ứng tần số của bộ lọc sóng điều hòa bậc 5 nối với hệ thống điện có tần số 60
Hz . Ví dụ này được mô tả trong mô hình power_seriesbranch
Tổng trở kháng của mạng điện theo Laplace là
Để thu được đáp ứng tần số của trở kháng bạn phải có mô hình không gian trạng
thái của hệ thống. Mà hệ thống này là hệ thống tín hiệu đầu vào thứ nhất ( Vnguồn)
và tín hiệu đầu ra của khối (Current Measurement ) .
Chú ý nếu bạn có cài đặt the Control System Toolbox bạn có thể dùng
the bode function to get the transfer function Z(s) from the state-space
matrices as follows:
o [A,B,C,D] = power_analyze('power_seriesbranch');
o freq = logspace(1,4,500);
o w = 2*pi*freq;
o [Ymag,Yphase] = bode(A,B,C,D,1,w);
o % invert Y(s) to get Z(s)
o Zmag = 1./Ymag;
o Zphase = -Yphase;
o subplot(2,1,1)
o loglog(freq,Zphase)
o grid
o title('5th harmonic filter')
o xlabel('Frequency, Hz')
o ylabel('Impedance Zmag')
o subplot(2,1,2)
o semilogx(freq,Zphase)
o xlabel('Frequency, Hz')
o ylabel('phase Z')
o grid
Simpower-system
Page 493 of 545
o
Bạn có thể dùng khối Impedance Measurement của khối Powergui để phac
họa trở kháng như một hàm của tần số .Để mà đo được điện áp bạn phải ngắt
nguồn điện áp .
See Also
Multimeter reference section, Parallel RLC Branch reference section, Parallel RLC
Load reference section, Series RLC Load reference section
Self-Controlled Synchronous Motor Drive Series RLC Load
Series RLC Load
Library
Elements
Description
Simpower-system
Page 494 of 545
Khối Series RLC Load cung cấp tải tuyến tính cũng như sự kết hợp của RLC, với
một tần số xác định thì tải cho một giá trị trở kháng cố định. Công suất tác dụng và
công suất phản kháng được tiêu thụ bởi tải tỷ lệ bình phương với điện áp cung cấp.
Kết hợp với linh kiện RLC với công suất được hiển thị trong biểu tượng khối.
Dialog Box and Parameters
Nominal voltage Vn Điện áp định mức của tải, RMS.
Nominal frequency fn Tần số dịnh mức, in hertz.
Active power P Công suất tác dụng của tải, in watts.
Inductive reactive power QL Công suất phản khángtiêu thụ trên cuộn cảm QL, in vars. Gía trị QL lớn hơn
hay bằng 0.
Capacitive reactive power QC Công suất phản kháng tiêu thụ trên tụ điện QC, in vars. Gía trị QC lớn hơn
hay bằng 0.
.
Measurements Chọn Branch voltage để đo điện áp giữa các đầu cực của khối Series RLC
Load .
Chọn Branch current để đo dòng điện chạy qua khối Series RLC Load .
Chọn Branch voltage and current để đo điện áp và dòng điện của khối Series
RLC Load
Simpower-system
Page 495 of 545
Đặt một khối Multimeter trong mô hình của bạn để hiển thị sự đo đạt trong
suốt quá trình mô phỏng. Trong danh mục Available Measurements của
khối Multimeter. Giá trị đo đạt được gán bằng một ký hiệu ghi trong bảng
sau:
Measurement Label
Điện áp nhánh Ub:
Dòng điện nhánh Ib:
Example
Phần demo power_seriesload sử dụng một tải đơn giản của khối Series RLC Load
See Also
Multimeter reference section, Parallel RLC Branch reference section, Parallel RLC
Load reference section, Series RLC Branch reference section
Series RLC Branch Simplified Synchronous Machine
Simplified Synchronous Machine
Mô hình động lực học của máy điện đồng bộ ba pha đơn giản
Library
Machines
Simpower-system
Page 496 of 545
Description
Khối Simplified Synchronous Machine mô tả cả hai đặc tính điện và cơ của máy
điện đồng bộ đơn giản. Hệ thống điện với một pha của điện áp nguồn mace nối tiếp
với trở kháng RL. Các linh kiện này được xem như trở kháng nội của máy điện. Giá
trị R có thể bằng 0 nhưng giá trị L phải dương
Hệ thống động học của khối Simplified Synchronous Machine miêu tả bằng:
Trong đó
Mặc dù các thông số có thể dùng đơn vị SI hay đơn vị tương đối. Nhưng sự tính
toán trong này được thể hiện trong đơn vị tương đối. Sơ đồ khối miêu tả mô hình về
phẩn cơ học được thể hiện. Chú ý mô hình tính toán sự sai leach với tốc độ đồng bộ
và bản thân nó không phải là tốc độ tuyệt đối.
Hệ số tắt dần Kd mô phỏng tác dụng của cuộn hảm thường được dùng trong máy
điện đồng bộ. Khi máy điện được nối với mạng vô cùng lớn sự thay đổi góc công
Simpower-system
Page 497 of 545
suất từ sự thay đổi công suất máy điện (Pm) có thể được tính sấp xỉ bằng một hàm
truyền bậc hai
Trong đó
Góc công suất, góc giữa E và U (rad)
Pm Công suất máy điện
n Tần số góc = in rad/s
Hệ số tỷlệ
s Tần số góc điện rad/s
Pmax Công suất cực đại truyền qua cuộn kháng X Pmax (p.u.) trong đó
Vt, E, và X trong đơn vị tương đối
H Hằng số quán tính
Kd Hệ số tắt dần
Hàm truyền sấp xỉ thu được khi sin( )= , thì phù hợp cho những góc công suất (
< 30 degrees).Từ biểu thức expression trên.Giá trị Kd cần dùng tỷ lệ với hệ số tỷ
lệ
Dialog Box and Parameters
Trong thư viện powerlib bạn có thể chọn giữa đơn vị SI hay đơn vị tương đối. Khối
Simplified Synchronous Machine xác định thông số điện và cơ của mô hình
Simpower-system
Page 498 of 545
Connection type Xác định số day được dùng trong sự nối hình sao ba pha (ba pha ba day hay
ba pha bốn day)
Nominal power, L-L voltage, and frequency Công suất biểu kiến định mức tần số, điện áp day. Sử dụng tính toán mômen
định mức và chuyển đổi đơn vị SI thành đơn vị tương đối
Inertia, friction factor and pairs of poles Hệ số tắt dần và số cặp cực. Hệ số tắt dần được xác định trong (p.u. of
torque)/(p.u. of speed) trong cả hai hộp thoại (in p.u. and in SI).
Internal impedance Điện trở R ( or p.u.) và điện kháng L (H or p.u.) cho mỗi pha.
Initial conditions Độ lệch tốc độ ban đầu (% của định mức), góc rotor (độ ), biên độ dòng
điện đường day và góc lệch pha. Các giá trị này có thể tính toán bằng dòng
tải trong khối Powergui .
Chú ý Hai khối này mô phỏng chính xác giống như mô hình máy điện đơn
giản chỉ có khác ở điểm: đơn vị của thông số
Inputs and Outputs
Pm Công suất cung cấp cho máy điện. Tín hiệu đầu váo có thể là hằng số hay có
thể được nối với đầu ra của khối Hydraulic Turbine and Governor . Tần số
của điện áp phụ thuộc vào tốc độ của máy điện
E
Simpower-system
Page 499 of 545
Biên đô điện áp của khối. Nó có thể là hằng số hay có thể nối đến đầu ra của
bộ điều chỉnh điện áp. Nếu bạn dùng đơn vị SI thì công suất (W) và điện áp
Vd (RMS). Nếu dùng đơn vị tương đối thì cả hai tín hiệu phải là đơn vị
tương đối .
m Đầu ra tín hiệu mô phỏng của khối là vectơ chứa 12 tín hiệu bạn có thể nhận
biết các tín hiệu này bởi khối Bus Selector trong thư viện Simulink .
Signal Definition Units Symbol
1 Dòng điện stato pha
a
A or
p.u.
isa
2 Dòng điện stato pha
b
A or
p.u.
isb
3 Dòng điện stato pha
c
A or
p.u.
isc
4 Điện áp đầu cực Va V or
p.u.
va
5 Điện áp đầu cực Vb V or
p.u.
vb
6 Điện áp đầu cực Vc V or
p.u.
vc
7 Điện áp nội Ea V or
p.u
Ea
8 Điện áp nội Eb V or
p.u
Eb
9 Điện áp nội Ec V or
p.u
Ec
10 Góc lệch roto rad
11 Tốc độ roto wm rad/s
12 Công suất điện Pe W Pe
Assumptions
Hệ thống điện của khối Simplified Synchronous Machine chức một nguồn điện
phía sau là một điện trở và điện kháng đồng bộ. Tất cả chúng và độ từ cảm của phần
ứng, từ trường, cuộn hảm không được nhắc đến. Tác dụng của cuộn hảm được đặc
trưng bởi hệ số tat dần Kd. Nguồn điện áp ba pha và trở kháng RL được nối theo
hình sau (ba pha ba day hay bốn day). tải có thể hay không đối xứng
Example
Simpower-system
Page 500 of 545
Phần demo power_simplealt sử dụng khối Simplified Synchronous Machine đặc
trưng cho một nguồn tương đương 1000 MVA, 315 kV, 60 Hz nối với bus vô cùng
lớn. Khối Simplified Synchronous Machine (SI Units) được dùng như một máy phát
đồng bộ .Điện trở và điện kháng có giá trị tương ứng là 0.02 p.u. (1.9845 ) và 0.2
p.u. (X = 19.845 ; L = 0.0526 H). Quán tính của máy điện J = 168,870 kg.m2,
tương ứng với hằng số quán tính H = 3 s. tần số điện là s = 2* *60/2 = 377 rad/s.
máy điện có hai cặp cực sao cho tốc độ đồng bộ là 2* *60/2 = 188.5 rad/s hay
1800 rpm.
Chọn Load Flow của Powergui phải dùng điều kiện ban đầu của máy điện để khởi
động sự mô phỏng ở trạng thái xác lập với công suất phát 500 MW. Điện áp tính
toán các cực của dòng tải 1.0149 p.u. Do đó điện áp nội là E = 315e3*1.0149 =
319,690 Vrms .Khối Constant xác định điện áp pha _pha nối với tín hiệu E. Công
suất cực đại là công suất có thể được cung cấp từ một máy phát điện với điện áp Vt
= 1.0 p.uvà điện áp nội E = 1.0149 p.u. là Pmax = Vt*E/X = 1.0149/0.2 = 5.0745 p.u.
Hệ số quán tính Kd được điều chỉnh để mà thu được tỉ số tắc dần = 0.3. Theo
công thức cho trong phần Description .Giá tri Kd là
Hai khối Fourier dùng để đo góc công suất . Góc này chính là sự sai khác giữa
góc lệch pha của V và E
Trong phần demo này , một bậc công suất cung cấp cho trục. Vào lúc đầu trong
trạng thái xác lập máy điện chạy với công suất là 505 MW (mechanical power
required for an output electrical power of 500 MW, considering the resistive losses).
Lúc t = 0.5 s thì công suất tăng lên 1000 MW.
Simpower-system
Page 501 of 545
Chạy phần demo và quan sát qúatrình điện cơ thoáng qua trong khối Scope hiển thị
góc lệch công suất (độ ), tốc độ máy rpm, và công suất điện MW. Kết quả mô
phỏng được thể hiện trong hình bên dưới
Cho công suất ban đầu Pe = 500 MW (0.5 p.u.), góc tải is 5.65 degrees, mà nó
đúng với giá trị yêu cầu :
Bước công suất từ 0.5 p.u. to 1.0 p.u., góc tải tăng lên và đi qua một chuổi dao động
trước khi ổn định đến một giá trị mới tại 11,3 độ. Tần số của dao động cho theo
công suất sau
Simpower-system
Page 502 of 545
See Also
Excitation System reference section, Hydraulic Turbine and Governor reference
section, Machine Measurement Demux reference section, Powergui reference
section, Steam Turbine and Governor reference section, Synchronous Machine
reference section
Series RLC Load Six-Step VSI Induction Motor Drive
Six-Step VSI Induction Motor Drive
Implement a six-step inverter fed Induction Motor Drive
Library
Electric Drives/AC drives
Description
Sơ đồ mức cao thể hiện bên dưới được xây doing từ 7 khối chính. Động cơ cảm
ứng, nghịch lưu 3 pha, chỉnh lưu thyristor 3 pha, đơn cầu được cung cấp từ thư
viện. Phần hướng dẫn của SimPowerSystems cho nhiều thông tin của 4 khối này.
Ba khối kia được xác định trong thư viện Electric Drives. Các khối này là : bộ điều
chỉnh điện áp bus DC, máy phát 6 bậc và bộ lọc điện áp bus DC
High-Level Schematic
Simpower-system
Page 503 of 545
Simulink Schematic
Bridge Firing Unit
Đơn vị kích khởi cầu được sử dụng để thay đổi góc phát sung được cung cấp từ bộ
điều chỉnh điện áp bus DC. Xung mở cổng thyristor. Khối The bridge firing unit
chứa các bộ lọc dùng để đo điện áp và loại bỏ các sóng hài. Khối discrete
synchronized six-pulse generator từ SimPowerSystems thường dùng để tạo ra sung.
Simpower-system
Page 504 of 545
Hơn nữa phần hướng dẫn người sử dụng của SimPowerSystems cung cấp nhiều
thông tin trong khối này .
DC Bus Voltage Regulator and Braking Chopper
Bộ điều chỉnh điện áp bus DC dựa vào khâu hiệu chỉnh PI và logic ngắt trễ. Khi
điện áp bus giảm xuống bộ điều chỉnh PI giảm góc phát sung. Khi điẹn áp bus tăng
lên. Bộ điều chỉnh PI, logic ngắt hảm dựa vào sự điều chỉnh trễ. Nếu điện áp tiến
đến giới hạn trễ trên thì bộ điều chỉnh điện áp tác động vào bộ phận hảm và máy
ngắt điện hoạt động. Trong khi đó cầu thyrictor bị khóa. Trong bộ ngắt cơ cấu tỷ lệ
vẫn làm việc nhưng hệ số tích phân bằng 0 bởi vì động năng của bộ ngắt rất lớn do
đó hệ số tích phân không được dùng. Khi điện áp bus tiến đến giới hạn trễ dưới thì
bộ ngắt hảm ngừng làm việc và cầu thyrictor phục hồi sự hoạt động. Hình mô tả bộ
điều chỉnh PI bus DC thyristor bridge is reactivated. The following figure
illustrates the DC bus PI regulator.
DC Bus PI Regulator
Six-Step Generator
Máy phát 6 bậc mô tả trong hình chứa 6 mạch so sánh để tạo ra dạng sóng ngắt 6
bước. Một vài logic phụ cho phép đẩo chiều tốc độ bằng sự thay đổi 2 pha by
inverting two phases.
Simpower-system
Page 505 of 545
Six-Step Generator Schematic
Remarks
Trong sự điều khiển động cơ AC1 tốc độ không được điều chỉnh theo một chu trình
kín. Đáng lẽ tốc độ đặt chỉ được sử dụng để xác định tần số và điện áp động cơ cung
cấp từ bộ ngịch lưu 6 bước để giữ hằng số tỷ lệ từ 0 đến tốc độ định mức. Trên tốc
độ định mức thì động cơ hoạt động với sự giảm từ thông, nghĩa là điện áp được giữ
hằng số lúc nó có giá trị định mức. Trong khi tần số tăng tỷ lệ đến một tốc độ đặt.
Khi tốc độ đổi chiều một sự chậm trễ ngắn là cần thiết lúc tốc độ bằng 0 do đó từ
thông khe hở không khí giảm đến 0
Dialog Box
Asynchronous Machine Tab
Simpower-system
Page 506 of 545
Phần mục asynchronous machine tab hiển thị các thông số của khối asynchronous
machine của thư viện. Hơn nữa phần hướng dẫn người sử dụng của
SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin về các thông số của máy điện không
đồng bộ.
Converters and DC Bus Tab
Simpower-system
Page 507 of 545
Rectifier section Phần rectifier của phần mục Converters and DC bus hiển thị thông số của
Universal Bridge của thư viện powerlib . . Hơn nữa phần hướng dẫn người
sử dụng của SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin về các thông số của
cầu đa năng .
Inverter section Phần Inverter của phần mục Converters and DC bus hiển thị thông số của
Universal Bridge của thư viện powerlib . . Hơn nữa phần hướng dẫn người
sử dụng của SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin về các thông số của
cầu đa năng .
.
DC Bus Filter -- Inductance Cảm kháng bộ lọc bus DC tần số thấp (H).
DC Bus Filter -- Capacitance Dung kháng bộ lọc bus DC tần số thấp (F).
Braking Chopper section
Simpower-system
Page 508 of 545
Resistance Điện trở hãm thường dùng để tránh quá điện áp bus trong suốt quá trình động
cơ hãm tốc hay khi momen tải có xu hướng tăng lên ( ).
Frequency Tần số bộ ngắt hãm (Hz).
Controller Tab
Schematic Button Khi bạn nhấn nut này, một hộp thoại mô tả sơ đồ bộ điều chỉnh dòng điện và
tốc độ hiện ra
DC Bus Control section
Voltage Sensor Cutoff Frequency Tần số giới hạn của bộ lọc (Hz).
DC Bus Negative Deviation Độ lệch cực đại của điện áp bus thực dưới điểm đặt bus DC
DC Bus Positive Deviation Độ lệch cực đại của điện áp bus thực trên điểm đặt bus DC
Simpower-system
Page 509 of 545
DC Bus Voltage Deviation
Proportional Gain Hệ số tỷ lệ của DC bus PI controller.
Integral Gain Hệ số tích phân của DC bus PI controller.
Voltage limits -- Minimum Điện áp bus DC cực tiểu
Voltage limits -- Maximum Điện áp bus DC cực đại
Six-Step Generator section
Volts / Hertz Ratio Hằng số tỷ lệ giữa điện áp day phía stator và tần số (V / Hz).
Zero Speed Crossing Time Sự chậm trễ lúc tốc độ bằng không để khử từ thông dư khe hở không khí của
động cơ (s).
Speed Ramps -- Acceleration Sự thay đổi lớm nhất của tốc độ trong suốt quá trình động cơ tăng tốc .một
giá trị dương quá lớn có thể là nguyên nhân làm điện áp bus DC giảm xuất
hiện các sóng điều hòa không cần thiết trên đường day (rpm/s).
Speed Ramps -- Deceleration Sự thay đổi lớm nhất của tốc độ trong suốt quá trình động cơ hảm tốc .một
giá trị âm quá lớn có thể là nguyên nhân làm quá điện áp bus DC (rpm/s).
Frequency Limits -- Minimum Tần số đầu ra nhỏ nhất của mạch phát 6 bậc (Hz).
Frequency Limits -- Maximum Tần số đầu ra lớn nhất của mạch phát 6 bậc (Hz).
Simpower-system
Page 510 of 545
Graphical Representation of the Six-Step Generator Limits
Block Inputs and Outputs
Inputs
Khối có 5 tín hiệu đầu vào : A, B, C, Speed_ref, and Mec_torque.
Tín hiệu A, B, and C là 3 pha của nguồn.
Tín hiệu thứ 4 là điểm đặc tốc độ ,tín hiệu thứ 5 là momen tải .
Chú ý điểm đặt tốc độ có thể là một hàm bậc nhưng tỉ lệ thay đổi theo tỉ số
acceleration / deceleration ramps. Nếu ký hiệu momen ngược với ký hiệu tốc độ thì
momen tăng tốc là tổng của momen điện từ và momen tải
Outputs
Khối này có 3 vecto đầu ra: Motor, Conv., and Ctrl.
Thứ nhất là vecto động cơ . Vecto này cho phép bạn quan sát sự thay đổi của động
cơ sử dụng phần SimPowerSystems motor demux.
Tín hiệu đầu ra thứ hai là vecto đo lường của bộ chuyển đổi 3 pha .Vecto này bao
gồm
Điện áp đầu ra của bô chỉnh lưu
Simpower-system
Page 511 of 545
Điện áp đầu ra của bô nghịch lưu
Dòng điện đầu vào của bộ chỉnh lưu
Dòng điện đầu ra của bộ nghịch lưu
Chú ý tất cả các giá trị đo của điện áp và dòng điện của cầu có thể quan sát với khối
mulimeter
Tín hiệu thứ 5 là vecto điều khiển . vecto này chứa các giá trị của
Góc phát (xung) tính toán bởi bộ điều chỉnh dòng điện
Sai số tốc độ (sự sai khác của tốc độ chuẩn với tốc độ thực )
Độ dốc tiêu chuẩn tốc độ
Model Specifications
Thư viện chứa thông số đặt 3 hp and a 500 hp. Đặc điểm của 2 giá trị điều khiển
này được thể hiện trong bảng sau
3 HP and 500 HP Drive Specifications
3 HP Drive 500 HP Drive
Drive Input Voltage
Biên độ 220 V 2300 V
Tần số 60 Hz 60 Hz
Motor Nominal Values
Công suất 3 hp 500 hp
Tốc độ 1705 rpm 1773 rpm
Điện áp 220 V 2300 V
Example
Hình môtả sự hoạt động của tiêu biểu của sự điều khiển động cơ AC1 Bước tiêu
chuẩn tốc độ từ 0 đến 1800 rpm lúc t = 0.
Simpower-system
Page 512 of 545
AC1 Example Schematic
Như thể hiện trong hình ,điểm đặc tốc độ không đạt được ngay lập tức the 1800
rpm nhưng cho phép tăng lên (2000 rpm/s). Động cơ tiến đến xác lập tại t = 1.3 s.
Lúc t = 2 s, momen tăng tốc tuyền cho trục động cơ .Bạn có thể quan sát sự tăng lên
của tốc độ .Bởi vì tốc dộ của roto lớn hơn tốc độ đồng bộ nên động cơ làm việc ở
chế độ máy phát .Năng lượng hảm được truyền đến nối DC và điện áp bus DC có
xu hướng tăng lên .Tuy nhiên quá điện áp làm cho bộ ngắt hảm hoạt động mà bộ
này hoạt động thì làm cho điện áp giảm xuống .trong ví dụ này thì điện trở hảm
không đủ lớn để tránh hiện tượng quá áp nhưng bus được giữ trong một giới hạn
khá lớn Lúc t= 3s momen cung cấp cho trục động cơ từ -11 N.m to +11 N.m.bạn có
thể quan sát điện áp bus DC và sự giảm tốc tại điểm này Bộ điều khiển DC bus
chuyển đổi từ chế độ hảm sang chế độ động cơ .lúc t = 4s mômen tải được chuyển
đổi trọn vẹn
Simpower-system
Page 513 of 545
AC1 Example Waveforms
References
[1] Bose, B. K., Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice-Hall, N.J.,
2002.
[2] Harunur, M. R., Power Electronics, Prentice-Hall, 1988.
Simplified Synchronous
Machine
Space Vector PWM VSI Induction Motor
Drive
Space Vector PWM VSI Induction Motor Drive
Implement a space vector PWM VSI induction motor drive
Library
Electric Drives/AC drives
Description
Sơ đồ mức cao được thể hiện bên dưới được xây dựng từ 6 khối chính .Động cơ
cảm ứng ,bộ nghịch lưu 3 pha bộ chỉnh lưu diod được tạo ra với thư viện
SimPowerSystems library.Phàn lớn đặc điểm của 3 khối này được thể hiện trong
phần hướng dẫn người sử dụng của SimPowerSystem .Mô hình bộ điều chỉnh tốc
độ ,bộ ngắt hảm và bộ điều chế vecto không gian được xác định trong không gian
điều khiển.
High-Level Schematic
Simpower-system
Page 514 of 545
AC2 Motor Drive High-Level Schematic
Simulink Schematic
AC2 Motor Drive Simulink Schematic
Speed Controller
Bộ điều chỉnh tốc độ dựa vào khâu hiệu chỉnh PI mà khâu nay điều chỉnh hệ số
trượt của động cơ Như trong hình ,hệ số trược tính toán từ khâu hiệu chỉnh PI làm
tăng thêm tốc độ của động cơ để thu được đáp ứng tần số yêu cầu .Luc sau tần số
cũng được dùng để tạo ra điện áp yêu cầu để mà duy trì tỉ số V/F là hằng số .
Simpower-system
Page 515 of 545
Slip Regulator High-Level Schematic
Space Vector Modulator
Bộ điều chế vecto không gian bao gồm 7 khối. Các khôi này được thể hiện trong
hình bên dưới :
Space Vector Modulator (SVM) Simulink Schematic
The three-phase generator để tạo ra 3 dạng sóng hình sin với tần số và biên độ có
thể thay đổi được Ba tín hiệu này là đầu ra của pha với mỗi pha lệch nhau 120 .Điện
áp và tần số yêu cầu của bộ nghịch lưu là hai tín hiệu đầu vào của khối
Simpower-system
Page 516 of 545
The low-pass bus filter dùng để chuyển nhanh giá trị đo điện áp bus DC .Dùng giá
trị này để tính toán vecto điện áp cần cung cấp cho động cơ
The alpha beta transformation có thể chuyển đổi hệ thống 3 pha sang hệ thống
The vector sector dùng để tìm phần plane mà vecto điện áp . The plane
được chia thành 6 phần lệch nhau 60 độ
The ramp generator dùng để tạo ra độ dốc của tần số chuyển mạch PWM .dường
dốc này được dùng như là thời gian cơ sở cho sự chuyển mạch
The switching time calculator được dùng để tính toán sự điều chỉnh của vecto điện
áp cung cấp cho động cơ .tín hiệu đầu vào của khối là một phần mà tại đây vectơ
điện áp lies.
The gates logic tiếp nhận sự liên tục điều khiển từ switching time calculator và
đường dốc ramp generator. Khối này so sánh đường dốc và tín hiệu điều khiển
cổng làm cho bộ nghịch lưu khóa đúng lúc
Braking Chopper
Khối braking chopper chứa tụ điện bus DC và bộ hỏng động năng, bộ này dùng để
tiêu hao năng lượng tạo ra bởi sự hảm tốc của động cơ
Remarks
Mô hình là gián đoạn. Kết quả mô phỏng tốt phải thực hiện với bước thời gian là 1
. Để mà mô phỏng bằng thiết bị điều khiển số hệ thống điều khiển phải có hai
bước thời gian chuẩn khác nhau
Bước thời gian điều chỉnh tốc độ
Bước thời gian điều chỉnh SVM
Bước thời gian điều chỉnh tốc độ phải là bội số của bước thời gian SVM bước thời
gian phải là bội số của bước thời gian mô phỏng
Trong sự điều khiển động cơ AC2 tốc độ động cơ được điều chỉnh bởi sự điều chỉnh
hệ số trược của động cơ. Dòng điện động cơ hay momen không được điều khiển.
Tuy nhiên sự đáp ứng tốc độ có su hướng giảm bởi vì momen ripple.
Độ lớn bước mô phỏng phải được chọn phù hợp với tần số chuyển mạch của bộ
nghịch lưu. Một kinh nghiệm chọn độ lớn bước thời gian mô phỏng là 100, nhỏ hơn
chu kỳ chuyển mạch nếu độ lớn bước thời gian quá lớn thì kết quả mô phỏng không
chính xác. Khi tốc độ ngược một sự chậm trễ ngắn là cần thiết lúc tốc độ có giá trị
bằng 0, do đó từ thông khe hở giảm đến 0
Simpower-system
Page 517 of 545
Dialog Box
Asynchronous Machine Tab
Phần mục The asynchronous machine hiển thị các thông số của khối asynchronous
machine của thư viện powerlib library. Hơn nữa phần hướng dẫn người sử dụng của
SimPowerSystem cung cấp nhiều thông tin về các thông số của máy điện không
đồng bộ .
Converters and DC Bus Tab
Simpower-system
Page 518 of 545
Rectifier section Phần rectifier của phần mục Converters and DC bus tab hiển thị các tham
số của khối Universal Bridge của thư viện powerlib library. Hơn nữa phần
hướng dẫm người sử dụng của SimPowerSystems cung cấp nhiều thông tin
về các tham số của cầu đa năng .
Inverter section Phần Inverter của phần mục Converters and DC bus tab hiển thị các tham
số của khối Universal Bridge của thư viện powerlib library. Hơn nữa phần
hướng dẫm người sử dụng của SimPowerSystems cung cấp nhiều thông tin
về các tham số của cầu đa năng .
.
Braking Chopper section
Capacitance Tụ điện bus DC (F).
Resistance Điện trở bộ ngắt hãm dùng để tránh quá điện áp bus trong suốt quá trình hãm
tốc của động cơ hay khi mômen tải có su hướng tăng lên ( ).
Simpower-system
Page 519 of 545
Frequency Tần số bộ ngắt hãm (Hz).
Activation and Shutdown Voltage Mạch hãm động năng làm việc khi điện áp bus tiến đến giới hạn trên của dải
trễ. Mạch hãm động năng ngừng làm việc khi điện áp bus tiến đến giới hạn
dưới của dải trễ. Hình mô tả logic hãm trễ
Chopper Hysteresis Logic
Controller Tab
Simpower-system
Page 520 of 545
Schematic Button Khi bạn ấn nút này một hộp thoại mô tả sơ đồ điều chỉnh tốc độ và dòng điện
hiện ra .
Speed Controller section
Speed Ramps -- Acceleration Sự thay đổi lớn nhất của tốc độ trong suốt quá trình tăng tốc của động cơ.
Một giá trị dương quá lớn có thể là nguyên nhân làm điện áp bus DC giảm
xuống (rpm/s).
Speed Ramps -- Deceleration Sự thay đổi lớn nhất của tốc độ trong suốt quá trình hãm tốc của động cơ.
Một giá trị âm quá lớn có thể là nguyên nhân làm quá điện áp bus DC
(rpm/s).
Proportional Gain Hệ số tỷ lệ điều chỉnh tốc độ.
Integral Gain Hệ số tích phân của bộ điều chỉnh tốc độ.
Output Negative Saturation
Simpower-system
Page 521 of 545
Sự bù trược giá trị âm lớn nhất được tính bởi bộ điều chỉnh hệ số trược (Hz).
Output Positive Saturation Sự bù trược giá trị dương lớn nhất được tính bởi bộ điều chỉnh hệ số trược
(Hz).
Minimum Frequency Tần số nghịch lưu bé nhất yêu cầu cung cấp cho động cơ (Hz).
Maximum Frequency Tần số nghịch lưu lớn nhất yêu cầu cung cấp cho động cơ (Hz).
Minimum Output Voltage Điện áp đầu ra bộ nghịch lưu bé nhất. Nếu tham số này được đặt bằng 0 thì
tốc độ có thể tiến đến dưới điều kiện tải
Maximum Output Voltage Điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu lớn nhất. Tham số này phải phù hợp với
hiệu suất động cơ. Nếu tham số này quá lớn bạn sẽ quan sát sự điều biến phía
tren trong những dạng sóng của dòng điện và điện áp
Volts / Hertz Ratio Hằng số tỷ lệ giữa điện áp dây-dây stator và tần số (V / Hz).
Zero Speed Crossing Time Sự trễ lúc tốc độ bằng 0 để khử từ thông dư khe hở không khí (s).
Speed Sensor Cutoff Frequency Tần số giới hạn của bộ lọc tần số thấp (Hz).
Sampling Time Bước thời gian điều chỉnh tốc độ (s). Bước thời gian phải là bội số của bước
thời gian mô phỏng
SVM Generator section
Switching Frequency Tần số chuyển mạch nghịch lưu (Hz).
Voltage Sensor Cutoff Frequency Tần số giới hạn của bộ lọc tần số thấp cung cấp để đo đạt điện áp bus DC
(Hz).
Sampling Time Bước thời gian của máy phát SVM (s). Bước thời gian phải là bội số của
bước thời gian mô phỏng
Block Inputs and Outputs
Inputs
Khối có 5 tín hiệu đầu vào : A, B, C, Speed_ref, and Mec_torque.
Tín hiệu A, B, và C là 3 pha nguồn .
Tín hiệu thứ 4 là điểm đặt tốc độ và tín hiệu thứ 5 là mômen tải cản .
Simpower-system
Page 522 of 545
Chú ý điểm đặ tốc dộ có thể là hàm bậc nhưng tỷ lệ thay đổi tốc độ phải phù hợp
với tỷ số acceleration / deceleration . Nếu momen tải và tốc độ có ký hiệu ngược
nhau thì mômen tăng tốc là tổng của mômen điện từ và momen tải.
Outputs
Khối có 3 vectơ đầu ra : Motor, Conv., and Ctrl.
Tín hiệu thứ nhất là vectơ động cơ. Vectơ này cho phép bạn quan sát sự thay đổi
của động cơ sử dụng SimPowerSystems motor demux.
Tín hiệu thứ 2 là vectơ đo lường bộ chuyển đổi 3 pha. Veclơ này bao gồm
Điện áp bus DC
Dòng điện đàu ra bộ chỉnh lưu
Dòng điện đầu vào bộ nghịch lưu
Chú ý tất cả các giá trị của dòng điện và điện áp của cầu có thể quan sát với khối
mulimeter block
Tín hiệu thứ 3 là vectơ điều khiển. Vectơ này chứa các giá trị của
The slip compensation
Sai số tốc độ (là sự sai khác giữa tốc độ chuẩn và tốc độ thực )
Độ dốc tốc độ chuẩn
Model Specifications
Thư viện chứa tham số điều khiển 3 hp and a 200 hp drive. Đặc điểm của 2 tham
biến điều khiển được thể hiện trong bảng sau.
3 HP and 200 HP Drive Specifications
3 HP Drive 200 HP Drive
Drive Input Voltage
Biên độ 220 V 575 V
Tần số 60 Hz 60 Hz
Motor Nominal Values
Công suất 3 hp 200 hp
Tốc độ 1705 rpm 1785 rpm
Simpower-system
Page 523 of 545
Điện áp 220 V 575 V
Example
Hình mô tả sự mô phỏng điều khiển động cơ cảm ứng AC2 với điều kiện tải tiêu
chuẩn. Lúc t=0s thì tốc độ đặt là 1000 rpm.
AC2 Example Schematic
Như thể hiện trong hình . lúc t=0,5s cung cấp cho động cơ là momen tải định mức.
Lúc t=1s tốc độ thay đổi đến 1500 rpm. Lúc t= 1,5s momen tăng từ 11 N.m đến -11
N.m.
Simpower-system
Page 524 of 545
AC2 Example Waveforms
References
[1] Bose, B. K., Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice-Hall, N.J.,
2002.
[2] Grelet, G., and G. Clerc, Actionneurs lectriques, ditions Eyrolles, Paris, 1997.
[3] Krause, P. C., Analysis of Electric Machinery, McGraw-Hill, 1986.
Six-Step VSI Induction Motor Drive Speed Reducer
Speed Reducer
Implement a speed reducer
Library
Electric Drives/Shafts and Speed Reducers
Simpower-system
Page 525 of 545
Description
Sơ đồ mức cao thể hiện bên dưới được xây dựng từ ba khối chính :trục tốc độ cao,
thiết bị chuyển đổi, trục tốc độ thấp. Những đặc điểm của mô hình trục gòmm có
những trang Mechanical Shaft reference pages .
High-Level Schematic
Speed Reducer High-Level Schematic
Simulink Schematic
Hình kế bên mô tả sơ đồ mô phỏng của mô hình giảm tốc
Speed Reducer Simulink Schematic
Reduction Device
Biểu thức động lực học của thiết bị giảm tốc:
Simpower-system
Page 526 of 545
Trong đó: là quán tính của thiết bị giảm tốc quan hệ về phía tốc độ cao,
là gia tốc của phía tốc độ cao của thiết bị giảm tốc , là momen đựơc truyền bởi
trục tốc độ cao từ đầu vào của bộ chuyển đổi, là momen đựơc truyền bởi trục
tốc độ thấp từ đầu ra của bộ chuyển đổi, là hiệu suất của thiết bị giảm tốc, và I là
tỷ số biến đổi ( ).
Thiết bị biến đổi bao gồm các bánh răng truyền dộng ,gia tốc biến thiên theo kiểu
bánh răng ,số cấp ,dầu bôi trơn ..vv .Đối với tỷ số biến đổi nhỏ ,gia tốc có thể tăng
đến 95%. .Đối với tỷ số biến đổi cao,gia tốc có thể giảm đến 75%. Tuy nhiên ,bay
giờ phần lớn máy hảm tốc có gia tốc lớn từ 90% to 95%.
Tốc độ đầu ra của thiết bị chuyển đổi được cho bởi công thức
Trong đó là tín hiệu đầu vào của thiết bị chuyển đổi
Hình thể hiện sơ đồ thiết bị chuyển đổi :
Reduction Device Schematic
Remarks
Độ cứng của trục phải đủ cứng để tránh sự lệch góc lớn mà điều đó có thể là nguyên
nhân làm hư hỏng
Simpower-system
Page 527 of 545
Trục tốc độ thấp sẽ có độ cứng cao và hệ số quán tính lớn hơn trục tốc độ cao.
Mômen trục tốc độ thấp phải lớn hơn nhiều để kết quả mô phỏng chính xác, hệ số
quán tính cả hai trục phải đủ lớn để tránh những dao động của tốc độ và mômen tức
thời không cần thiết
Hệ số quán tính và độ cứng quá lớn hay quán tính của hộp số quá bé làm cho sự mô
phỏng sai lệch .
Mô hình là rời rạc (gián đoạn). Kết quả mô phỏng phải được thực hiện với bước
thời gian 1 µs.
Dialog Box
Speed Reducer Dialog Box
reset Model trong menu pop-up cho phép bạn chọn những tham số của mô hình .
Reduction Ratio
Tỷ số biển đổi của thiết bị giảm tốc ( .
Reduction Device Inertia Quán tính của thiết bị chuyển đổi quan hệ về phía tốc độ cao (kg.m2).
Efficiency
Simpower-system
Page 528 of 545
Hiệu suất của thiết bị chuyển đổi.
High-Speed Shaft Stiffness Độ cứng của trục tốc độ cao (N.m).
High-Speed Shaft Damping Sự tắt dần của trục tốc độ cao (N.m.s).
Low-Speed Shaft Stiffness Dộ cứng của trục tốc độ thấp (N.m).
Low-Speed Shaft Damping Sự tắt dần của trục tốc độ thấp (N.m.s).
Block Inputs and Outputs
Inputs
Khối có 2 tín hiệu đầu vào: Nh và Nl.
Tín hiệu thứ nhất là Nh , tốc độ đầu cuối của trục tốc độ
Tín hiệu thứ 2 là Nl , tốc độ đầu đầu của trục tốc độ thấp
Outputs
Khối có 2 tín hiệu đầu ra: Th và Tl.
Tín hiệu đầu ra Th là mômen truyền từ trục tốc độ cao đến thiết bị chuyển tốc
Tín hiệu đầu ra Tl là mômen được truyền từ trục tốc độ thấp đến tải
Model Specifications
Đặc điểm mô hình thiết bị chuyển tốc được thể hiện trong bảng sau.
Preset Speed Reducer Models
1st 2nd 3rd 4th
Công suất(hp) 5 5 200 200
Tỷ số chuyển đổi 10 100 10 100
Simpower-system
Page 529 of 545
Mômen đầu ra cực đại (N.m) 300 3000 12200 122000
Trục tốc độ cao và trục tốc độ thấp của mô hình đã được thiết kế đưa ra góc lệch 0,1
độ lúc momen cực đại
Example
Speed Reducer Example Schematic
Ví dụ này mô tả mô hình bộ chuyển tốc
Máy chuyển tốc được điều chỉnh bởi nguồn tốc độ có thể thay đổi và nó được nối
với tải. Tải có quán tính 30 kg.m2 và sự ma sát là 0.5 N.m.s.
Thiết bị chuyển tốc có tỷ số biến đổi là 10 và quán tính của thiết bị chuyển đổi quan
hệ về phía tộc độ cao là 0.0005 kg.m2. Tỷ số biến đổi khá thấp còn hiệu suất thì
cao và có giá trị là 0.95.
Trục tốc độ cao có độ cứng 17190 N.m và hệ số tắc dần là 600 N.m.s. Trục này
được thiết kế có góc lệch hướng là 0.1 độ mômen tải là 30 N.m. Trục tốc độ thấp
truyền mômen lớn hơn và có độ cứng 171900 N.m và hệ số tắt dần 6000 N.m.s.
Trục này được thiết kế có góc sai lệch 0.1 degree , mômen tải là 300 N.m load
torque.
Lúc t = 0 s,tốc độ điều khiển tăng lên đến 1750 rpm với 500 rpm/s acceleration
ramp. Nguyên nhân này do mômen truyền tải của trục tốc độ cao tăng vọt đến
khoảng 18 N.m. Bởi vì thiết bị chuyển đổi có momen momen truyền đến từ trục tốc
độ thấp là lớn hơn nhiều và có giá trị khoảng 170 N.m.
Simpower-system
Page 530 of 545
Trong suốt giai đoạn tăng tốc các mômen của trục tốc độ cao gữ ngày càng tăng lên
để bù vào sự ma sát của tải .Chú ý tải tăng lên với độ dốc +50 rpm/s bởi do tỷ số
biến đổi của hộp số
Lúc t = 3.5 s, tốc độ ổn định lúc 1750 rpm. Trước đó không cần nhiều momen tăng
tốc .momen đầu ra và momen đầu vào làm giảm và ổn định tương ứng 0.965 N.m
và 9.16 N.m lúc t = 4 s. Tốc độ tải hiện tại bằng 175 rpm.
Hình thể hiện momen và tốc độ đầu vào và đầu ra của thiết bị chuyên đổi .
Speed Reducer Example Waveforms
References
[5] Norton, Robert L., Machine Design, Prentice Hall, 1998.
Simpower-system
Page 531 of 545
[6] Nise, Norman S., Control Systems Engineering, Addison-Wesley Publishing
Company, 1995.
Space Vector PWM VSI Induction
Motor Drive
Static Synchronous Compensator
(Phasor Type)
Static Synchronous Compensator (Phasor Type)
Thực hiện mô hình phasor của bộ bù tỉnh học 3 pha
Library
Flexible AC Transmission Systems (FACTS)/Power-Electronics Based FACTS
Description
The Static Synchronous Compensator (STATCOM) là thiết bị chuyển đổi của họ
Flexible AC Transmission Systems (FACTS) sử dụng công suất điện để điều khiển
công suất truyền tải và cải thiện sự ổn định tạm thời trên các lưới công suất
.STATCOM điều chỉnh điện áp đầu cuối bằng sự điều chỉnh công suất phản kháng
được nạp hay được tiếp nhận từ hệ thống công suất .Khi hệ điện áp của hệ thống
cao thì nó tiêu thụ công suất phản kháng
Sự biến thiên của công suất phản kháng được thể hiện bằng Voltage-Sourced
Converter (VSC) nối về phía thứ cấp của máy biến áp nối .VSC dùng thiết bị điện
tử công suất (GTOs, IGBTs or IGCTs) để tổng hợp điện áp V2 từ điện áp nguồn
DC.Nguyên tắc hoạt động của STATCOM được chỉ rỏ trong hình bên dưới thể hiện
công suất phản kháng và công suất tác dụng truỳen giữa nguồn V1 và nguồn V2.
Trong hình này , V1 đắc trưng cho điện ấp hệ thống để điều khiển và V2 là điện áp
được tạo ra bởi VSC.
Simpower-system
Page 532 of 545
Operating Principle of the STATCOM
Hoạt động trong trạng thái xác lập .điên áp V2 tạo ra bởi VSC cùng pha với V1 (
=0), do đó chỉ có công suất phản kháng truyền tải .Nếu V2 thấp hơn V1, Q thì chảy
từ V1 đến V2 (STATCOM is absorbing reactive power). Sự đảo chiều nếu V2 lớn
hơn V1, Q chảy từ V2 đến V1 (STATCOM tạo ra công suất phản kháng). Phần lớn
công suất phản kháng xác định theo biểu thứ sau:
Một tụ điện nối về phía DC của VSC hoạt đọng như một nguồn điện áp DC .Ở trạng
thái xác lập điện áp V2 phải đảo pha trể hơn V1 để bù cho máy biến áp và tổn thất
VSC và giữ tụ điện nạp điện. Hai công nghệ VSC có thể dùng cho VSC:
VSC dùng nghịch lưu sóng vuông dựa vào thiết bị GTOvà máy biến áp nối
đặc biệt .Bốn bộ nghịch lưu 3 pha được dùng để tạo ra dạng sóng điện áp 48
bước .Máy biến áp nối đặc biệt dùng để tiệt tiêu sóng hài có trong dạng sóng
vuông được tạo ra bởi các bộ nghịch lưu riêng lẽ .VSC kiểu này ,thành phần
điện áp V2 tỉ lệ với điện áp Vdc. Do đó Vdc phải thay đổi theo sự điều
chỉnh công suất phản kháng
VSC dùng nghịch lưu PWM bằng thiết bị IGBT.Bộ nghịch lưu này dùng
công nghệ Pulse-Width Modulation (PWM) để tổng hợp dạng sóng sin từ 1
nguồn điện áp DC với tần số ngắt khoảng vài kHz .Điện áp điều hòa có thể
đựoc khử bằng các bộ lọc nối về phía AC của VSC .VSC kiểu này dùng giá
trị điện áp Vdc cố định . Điện áp V2 được thay đổi bởi sự điều biến của
PWM modulator.
Khối STATCOM (Phasor Type) mô tả IGBT-based STATCOM (điện áp DC cố
định).Tuy nhiên đặc điểm của bộ ngịch lưu và sóng điều hòa không được mô tả ,nó
Simpower-system
Page 533 of 545
có thể dùng mô hình GTO-based STATCOM .Mô hình chi tiết của GTO-based
STATCOM được tạo ra trong thư viện FACTS demo library
Hình bên dưới thẻ hiện sơ đồ nối đơn giản của STATCOM và sơ đồ nối đơn giản
của hệ thống điều khiển
Single-line Diagram of a STATCOM and Its Control System Block Diagram
Hệ thống điều khiển bao gồm :
Một vòng pha khóa mà vòng pha này đồng bộ với điện áp sơ cấp 3 pha V1.
Tín hiệu đầu ra của PLL (angle = t) thường dùng để tính toán trục hoành
và trục vuông góc của dòng và điện áp 3 pha AC và dòng điện (được ký hiệu
Vd, Vq or Id, Iq).
Hệ thống đo lường đo thành phần d và q của dong điện và điện áp hồi tiếp
dương AC để điều khiển cũng như điện áp DC Vdc.
Vòng đềiu chỉnh bên ngoài bao gồm bộ điều chỉnh điện áp AC và bộ điều
chỉnh điện áp DC .Tín hiệu đầu ra của bịi điều chỉnh điện áp AC là là dòng
điện tiêu chuẩn Iqref cho bộ điều chỉnh dòng điện .Tín hiệu đầu ra của bộ
biến đổi điên áp DC là là dòng tiêu chuẩn Idref cho bộ biến đổi dòng điện
Vòng điều chỉnh điện áp bên trong bao gồm bộ điều chỉnh dòng .Bộ điêu
chỉnh dòng điều chỉnh độ lớn và pha của điện áp được sinh ra bởi bộ biến
đổi PWM (V2d V2q) từ dòng điện tiêu chuẩn Idref and Iqref được tạo ra
tương ứng bởi bộ điều chỉnh điện áp DC và bộ điều chỉnh điện áp AC .Bộ
điều chỉnh dòng điện hiện bởi bộ điều chỉnh hướng dòng cung cấp mà bộ này
đã xác định trước tín hiệu điện áp V2 (V2d V2q) từ giá trị đo V1 (V1d V1q)
và điện khán khe hở không khí của mát biến áp
Simpower-system
Page 534 of 545
Khối STACOM là một mô hình mà mô hình này không mô tả đến chi tiết phần
điện tử công suất .Bạn phải dùng nó với phương pháp mô phỏng phasor thực hiện
với khối Powergui block. Nó có thể dùng hệ thống công suất 3 pha cùng với máy
phát đồng bộ ,động cơ ,các tải động , FACTS và hệ thống DR đẻ thực hiện những
bài học ngắn và quan sát nhữnh tác đông của STATCOM otrong những dao động
điện cơ và tụ điện truyền dữ liệu.
STATCOM V-I Characteristic
The STATCOM có thể hoạt động theo hai phương thức khác nhau:
Phương pháp thay đổi điện áp
Phương pháp thay đổi công suất phản kháng (giữ công suất phản kháng
STATCOM là hằng số )
Khi STATCOM hoạt động với phương thức thay đổi điện áp .Nó cho đường đặc
tính V-I.
STATCOM V-I characteristic
Với điều kiện dòng phản kháng ở phía trong giá trị dòng (-Imax, Imax) được lạm
dụng bởi hiệu suất chuyển đổi, Điện ap hiệu chỉnh theo diện áp chuẩn Vref. Tuy
nhiên voltage thường được dùng (thường giữa 1% và 4% lúc tín hiệu đầu ra công
suất phan kháng max), và đặc tính V-I có độ dốc như thể hiện trong hình V-I
.Trong phương pháp thay đổi điện áp đăc tínhđược mô tả theo công thức:
where
V Điện áp hồi tiếp dương (p.u.)
I Dòng phản kháng (p.u./Pnom) (I > 0 indicates an inductive current)
Simpower-system
Page 535 of 545
Xs Điện trở Slope or droop (p.u./Pnom)
Pnom Công suất định mức 3 pha của bộ chuyển đổi
STATCOM vs SVC
The STATCOM thưchiện chức năng giống như SVC.Tuy nhiên điện áp thấp hơn
dãy điện áp bình thường ,STATCOM có thể tạo ra nhiều công suất phản kháng hơn
VC. Điều này là do thực tế ,công suất phản kháng max được sinh ra bởi SVC thì tỉ
lệ bậc hai của điện áp hệ thống .Trong khi đó công suất phản kháng max được tạo ra
bởi STATCOM tăng tuyến tính với điện áp. Thêm vào đó STATCOM sẽ dược
kích mở nhanh hơn SVC. Bởi vì với VSC, the STATCOM không có liên kết trể
với sự kích khởi của thyristor
Dialog Box and Parameters
Tham số của STATCOM được phân thành hai loại «Power Data» và «Control
Parameters». Dùng Display để lựa chọn nhóm thông số mà bạn muốn quan sát
Power Data Parameters
System nominal voltage and frequency [Vrms f]
Simpower-system
Page 536 of 545
Điên áp day định mức, in Vrms và tần số hệ thống định mức Hz.
Converter rating Snom Công suất định mức của bộ chuyển đổi VA.
Converter impedance [R L] Điện trở nối tiếp dương của bộ chuyển đổi trên cơ sở điện áp và công suất
định mức. Điện trở và điện kháng khe hở không khí R và L của máy biến áp
nối và điện trở –điện kháng của phần cảm điện của bộ lọc được nối với đầu
ra VSC.
Converter initial current [Mag Phase] Giá trị ban đầu của dòng điện nối tiếp dương .Nếu bạ biết giá trị nàycủa dòng
điện tương ứng với điều kiện làm việc của STATCOM mà bạn phải xác dịnh
nó để bắt đầu ở trạng thái xác lập .Nếu không bạn biết giá trị này thì bạn có
thể đặt (0,0) hệ thống sẽ tiến đến trạng thái xác lập sau một khoảng thời gian
ngắn
DC link nominal voltage Điện áp định mức của DC link .
DC link total equivalent capacitance Tổng điện dung của DC link (F). Giá trị điện dung này có thể liên quan đến
đến hiẹu suất của STATCOM và điện áp định mức DC link. Năng lượng
tích lũy trong tụ điện đã phân chia bởi hiệu suất STATCOM (in VA) là một
khoảng thời gian .Mà khoảng thời gian này thường là 1 phần của chu kỳ lúc
tần số có giá trị định mức Ví dụ những tham số mặc định , (C=375 µF,
Vdc=40 000 V, Snom=100 MVA) tỉ số :
là 3.0 ms, giá trị này chiếm 0.18 chu kì của tần
số 60 Hz. Nếu bạn muốn thay đổi giá trị mặc định của công suất định mức và
điện áp DC bạn cũng phải thay dổi giá trị điện dung
Simpower-system
Page 537 of 545
Control Parameters
Mode of operation Xác đinh phương thức hoạt động của STATCOM. Lựa chọn Voltage
regulation hay Var Control.
External control of reference voltage Vref Nếu tham số này được check vào .Tín hiệu Vref hiện ra trên khối , cho phép
điều chỉnh điện áp từ tín hiệu bên ngoài .Nếu không thì dùng điện áp chuẩn
cố định cũng xác định bằng các thông số dưới
Reference voltage Vref Tham số này không được nhìn thấy khi Mode of operation lụa chọn là Var
Control hay khi tham số External control of reference voltage Vref được
check.
Bộ điều chỉnh điện áp cho giá trị điện áp chuẩn trong đơn vị tương đối.
Maximum rate of change of reference voltage Vref Tham số này không được nhìn thấy khi Mode of operation đặt là Var
Control.
Tỷ lệ lớn nhất của sự thay đổi điện áp chuẩn .Khi điên áp chuẩn bên ngoài
được sử dụng
Droop (pu):
Simpower-system
Page 538 of 545
Tham số này không được nhìn thấy khi Mode of operation đặt là Var
Control.
Vac Regulator Gains: [Kp Ki] Tham số này không được nhìn thấy khi Mode of operation đặt là Var
Control.
Hhệ số của bộ hiệu chỉnh PI điện áp AC .Xác định hệ số khuyếch đại tỉ lệ Kp
in (p.u. of I)/(p.u. of V), và hệ số khuyếch đại tích phân Ki, in (p.u. of
I)/(p.u. of V)/s, trong đó V là sai số điện áp AC và I tín hiệu đầu ra của bộ
biến đổi điện áp
Reactive power setpoint Qref Tham số này chỉ được nhìn thấy khi Mode of operation đặt là Voltage
Control.
Công suất phản kháng chuẩn khi STATCOM đặt là Var Control.
Maximum rate of change of reactive power setpoint Qref Tham số này không được nhìn thấy khi Mode of operation đặt là Voltage
Control.
Mức thay đổi lớn nhất của công suất phản kháng , in p.u./s.
Vdc Regulator Gains: [Kp Ki] Hhẹ số của khâu hiệu chỉnh PI điện áp DC bộ này điều chỉnh điện áp giũa hai
ầu tụ điện DC .Xác định hệ số tỉ lệ Kp in (p.u. of I)/Vdc, và hệ số tích phân
Ki, in (p.u. of I)/Vdc/s, trong đó Vdc là sai số điện áp DC và I là tín hiệu
đầu ra của bộ điều chỉnh điện áp
Current Regulators Gains: [Kp Ki Kf] Hệ số tỉ lệ của đường cong điều chỉnh điện áp trong
Hệ số tỉ lệ Kp in (p.u. of V)/(p.u. of I), hệ số Ki, in (p.u. of
V)/(p.u. of I)/s, and và hệ số Kf in (p.u. of V)/(p.u. of I), trong đó V là tín
hiệu đàu ra V2d or V2q của bộ điều chỉnh dòng điện và I là Id hay Iq.
Hiệu quả tốt nhất , hệ số Kf sẽ đặt trở kháng bộ chuyển đổi cho tham số L
trong tham chiếu Converter impedance [R L].
Inputs and Outputs
A B C Là các cực của STATCOM.
Trip Apply tín hiệu logic mô phỏng (0 or 1) cho tín hiệu đầu vào .Khi tín hiệu
náy cao thì STATCOM là gián đoạn và hêi thống điều khiển của nó không
đủ khả năng làm việc .Sử dụng tín hiệu đầu vào để cung cấp bản dịch đơn
giản của hê thống bảo vệ .
Vref Tín hiệu đầu vào Simulink của tín hiệu điện áp chuẩn bên ngoài
Tín hiệu này chỉ được nhìn thấy khi tham số External control of reference
voltage Vref được check vào
m Tín hiệu đầu ra Simulink bao gồm 16 tín hiệu bên trong STATCOM .Các tín
hiệu này là tín hiệu điện áp và dòng điện hay tín hiệu diều khiển . Chúng có
thể ấy tín hiệu riêng biệt bằng cách sử dụng khôi Bus Selector
Simpower-system
Page 539 of 545
Signal
Signal
Group
Signal
Names
Definition
1-3 Power
Vabc
(cmplx)
Va_prim (pu)
Vb_prim (pu)
Vc_prim (pu)
Điện áp pha (pha đến đất) Va, Vb, Vc
4-6 Power
Iabc
(cmplx)
Ia_prim (pu)
Ib_prim (pu)
Ic_prim (pu)
Dong pha Ia, Ib, Ic chảy bên trong
STATCOM (p.u.)
7 Power Vdc (V) Điện DC (V)
8 Control Vm (pu) Giá trị nối tiếp dương của dòng điện
(p.u.)
9 Control Vref (pu) Điện áp chuẩn (p.u.)
10 Control Qm (pu) Công suất phản kháng STATCOM
11 Control Qref (pu) Công suất phản kháng chuẩn (p.u.)
12 Control Id (pu) Thành phần dọc trục của dòng điện
(dòng thực) chảy vào trong STATCOM
(p.u.). Một giá trị dương để chỉ công suất
tác dụng của STATCOM.
13 Control Iq (pu) Thành phần ngang trục của dòng điện
(dònh phản kháng) chảy vào trong
STATCOM (p.u.). Một giá trị dương để
chỉ điện dung
14 Control Idref (pu) Thành phần dọc trục quy chiếu của dòng
điện chảy vào trong STATCOM (p.u.)
15 Control Iqref (pu) Thành phần ngang trục quy chiếu của
dòng điện chảy vào trong STATCOM
(p.u.)
16 Control modindex Chỉ số điều biến m của bộ điều biến ,bộ
điều chế PWM .
Example
Nhìn phần demo power_statcom nó mô tả sự ổn định và thực hiện đọng của điện
áp điều chỉnh STATCOM trên 500 kV, 60 Hz, Phấn demo cũng so sánh sự thoạt
đọng của STACOM với SVC
References
[1] N. G. Hingorani, L. Gyugyi, «Understanding FACTS; Concepts and Technology
of Flexible AC Transmission Systems», IEEE Press book, 2000.
Simpower-system
Page 540 of 545
See Also
Static Var Compensator (Phasor Type), Unified Power Flow Converter (Phasor
Type)
Speed Reducer Static Synchronous Series Compensator (Phasor Type)
Static Synchronous Series Compensator (Phasor Type)
Library
Flexible AC Transmission Systems (FACTS)/Power-Electronics Based FACTS
Description
The Static Synchronous Series Compensator (SSSC) là nhóm thiết bị của họ
Flexible AC Transmission Systems (FACTS) sử dụng điện tử công suất để điều
khiển dòng công suất và sự tắc dần dao đông công suất trên lưới công suất [1]. The
SSSC cung ấp điện áp Vs nối tiếp với đường truyền .
Simpower-system
Page 541 of 545
Single-line Diagram of a SSSC and Its Control System Block Diagram
SSSC không sử dụng công suất tác dụng ,điện áp phải vuông góc với dòng điện
đường day .sự thay biên độ Vq của của điẹn áp vuông góc với dòng điện , SSSC
thực hiện chức năng của cơ cấu bù trở kháng hoặc điẹn dung hoặc điên cảm.
Sự biến thiện của điện áp được thực hiện bởi Voltage-Sourced Converter (VSC) dã
nối với phía thứ cấp của máy biến áp nối VSC sử dụng các linh kiện điện tử (GTOs,
IGBTs or IGCTs) để tổng hợp điện áp V_conv từ nguồn điện áp DC
Một tụ điện được nối về phía DC của VSC để thực hiện chức năng của nguồn điện
áp DC .Một giá trị nhỏ công suất tác dụng được phát ra từ đường day để giữ tụ điện
được nạp và sinh ra tổn thất trên máy biến áp và VSC do đó điện áp Vs phát lệch
pha 90 độ so với dòng điện I. Sơ dồ khối hệ thống điều khiển Vd_conv và
Vq_conv bổ xung vào thành phần của điện áp biến đổi V_conv mà điện áp này của
Simpower-system
Page 542 of 545
từng pha vuông góc với dòng điện tương ứng .hai công nghệ của VSC có thể dùng
cho VSC:
VSC dùng nghịch lưu sóng vuông dựa vào thiết bị GTOvà máy biến áp nối
đặc biệt .Bốn bộ nghịch lưu 3 pha được dùng để tạo ra dạng sóng điện áp 48
bước .Máy biến áp nối đặc biệt dùng để tiệt tiêu sóng hài có trong dạng sóng
vuông được tạo ra bởi các bộ nghịch lưu riêng lẽ .VSC kiểu này ,thành phần
điện áp V2 tỉ lệ với điện áp Vdc. Do đó Vdc phải thay đổi theo sự điều
chỉnh diện áp phát
VSC dùng nghịch lưu PWM bằng thiết bị IGBT.Bộ nghịch lưu này dùng
công nghệ Pulse-Width Modulation (PWM) để tổng hợp dạng sóng sin từ 1
nguồn điện áp DC với tần số ngắt khoảng vài kHz .Điện áp điều hòa có thể
đựoc khử bằng các bộ lọc nối về phía AC của VSC .VSC kiểu này dùng giá
trị điện áp Vdc cố định . Điện áp V2 được thay đổi bởi sự điều biến của
PWM modulator.
Khối SSSC (Phasor Type) mô tả một IGBT-based SSSC (điện áp DC ). Tuy nhiên
nội dung và bội nghịch lưu không được mô tả ,nhưng nó cũng có thể dùng mô hình
GTO-based SSSC.
Hệ thống điều khiển bao gồm :
Một vòng pha khóa mà vòng pha này đồng bộ với điện áp sơ cấp 3 pha V1.
Tín hiệu đầu ra của PLL (angle = t) thường dùng để tính toán trục hoành
và trục vuông góc của dòng và điện áp 3 pha AC và dòng điện (được ký hiệu
Vd, Vq or Id, Iq).
Hệ thống đo lường đo thành phần q của điện áp V1,V2 cũng như điện áp DC
Vdc.
Bộ điều chỉnh điện áp AC và bộ điều chỉnh điện áp DC .Bộ này tính toán hai
yhành phần của điện áp chuyển đổi (Vd-conv và Vq-conv) cần thiết để thu
được điên áp DC mong muốn .Bộ điều chỉnh điện áp Vq được sự trợ giúp
của bộ điều chỉnh hướng cung cấp mà điện áp Vq được dự đoán trước từ giá
trị đo dòng Id
.
Khối SSSC là một mô hình mà mô hình này không mô tả đến chi tiết phần điện tử
công suất .Bạn phải dùng nó với phương pháp mô phỏng phasor thực hiện với khối
Powergui block. Nó có thể dùng hệ thống công suất 3 pha cùng với máy phát đồng
bộ ,động cơ ,các tải động , FACTS và hệ thống DR để thực hiện những bài học
ngắn và quan sát nhữnh tác đông của SSSC trong những dao động điện cơ và tụ
điện truyền dữ liệu lúc tần số định mức .
.
Dialog Box and Parameters
Simpower-system
Page 543 of 545
Tham số của SSSC được chia thành hai loại: «Power data» và «Control
parameters». Dùng Display để lựa chọn nhóm mà bạn muốn quan sát .
Tham số dữ liệu công suất
System nominal voltage and frequency [Vrms f] Điện áp day _dây định mức và tần số hệ thống định mức
Series converter rating [Snom, Max. Injected voltage] Công suất định mức của bộ biến đổi và giá trị điện áp Injected cực đại về
phía VSC của máy biến áp.
Series converter impedance [R L] Điện trở và điện kháng nối tiếp dương của bộ chuyển đổi trong đơn vị tương
đối căn cứ theo công suất chuyển đổi định mức và điện áp định mức định
mức ,Điện trở và điện kháng khe hở (R,L) của máy biến áp nối cộng với điện
trở của chuổi cuộn cảm nối tại đầu ra của VSC
Series converter initial current [Mag Phase] Giá trị ban đầu của dòng điện nối tiếp .Nếu bạn biêt giá trị ban đầu của dòng
tương ứng với điểm làm việc của SSSC . bạn phải xác định nó để sự mô
phỏng bắt đầu ở trạng thái xác lập .Nếu bạn không biết giá trị này thì ban có
thể xuất phát từ (0,0) hệ thống tiến đến xác lập sau một khoảng thời gian
ngắn
DC link nominal voltage
Simpower-system
Page 544 of 545
Điện áp định mức của DC link, in volts.
DC link total equivalent capacitance Tổn dung khán của DC link, in farads. Giá trị điện dung này có quan hệ với
hiệu suất biến đổi của SSSC và điện áp định mức DC link. Năng lượng tích
lũy trong tụ điện bị phân ra bởi hiệu suất biên đổi là một khoảng thời gian mà
khoảng thời gian này thường là một phần của chu kỳ khi tần số là định mức
.Cho ví dụ ,các giá trị mặc định (C=375 µF, Vdc=40 000 V, Snom=100
MVA) tỉ số này
là3.0 ms, giá trị náy tương ứng với 0,18 chu kỳ
của tần số 60 Hz . Nếu bạn muốn thay đổi giá trị mặc địnhcủa công suất
định mức và điện áp ,bạn phải thay đổi giá trị điện dung của tụ điện
Tham số điều khiển
Bypass Breaker Xác định trạng thái của bộ ngắt điện phân dòng được nối phía trong khối đối
diện với điện cực A1, B1, C1 và A2, B2, C2. Chọn mỗi External Control,
Open hay Closed. Nếu bộ ngắt điện phân dòng điều khiển ngoài thìtín hiệu
mô phỏng Bypass hiện ra trên khối ,cho phép điều khiển trạng thái của bộ
ngắt điện phân dòng
External control of injected voltage Vqref Nếu tham số này được check vào thì tín hiệu mô phỏng Vqref hiện ra trên
khối cho phép điều chỉnh điện áp từ tín hiệu điện áp bên ngoài (in p.u.). Mặc
Simpower-system
Page 545 of 545
khác điện áp quy chiếu cố định được dùng và được xác định bởi các thông số
bên dưới.
Injected voltage reference Vqref Tham số này chỉ được nhìn thấy khi External control of injected voltage
Vqref được check vào.