Giáo trình Matlab - Chương 7: Power System Blockset

e và tần số theo các giá trị đã cho trong sơ đồ. Chú ý là 
biên độ là giá trị max của điện áp. 
  • Do khối điện trở không có nên copy khối Series RLC Branch và đặt giá 
trị điện trở như đã cho và đặt L là vô cùng và C là zero.  
  • Thực hiện tương tự với phần tử L và C. 
  • Lấy khối đo điện áp trong hệ thống con Measurement 
  • Để xem điện áp, dùng khối Scope của Simulink chuẩn. Mở Simulink và 
copy khối Scope vào mô hình ct7_1. Nếu khối Scope được nối trực tiếp với đầu 
ra của thiết bị đo điện áp nó sẽ hiển thị điện áp theo V. 
  • Để hoàn thành mạch điện, ta cần nối các phần tử với nhau 
Sơ đồ mô phỏng(lưu trong ct7_1.mdl) như sau: 
   Bây giờ  ta có  thể bắt đầu mô phỏng  từ menu simulation.  ta vào menu 
này, chọn các thông số cho qua trình mô phỏng và bấm nút start. 
Để dễ dàng cho việc phân tích trạng thái xác lập của mạch điện chúng ta, 
thư  viện  powerlib  cung  cấp  giao  diện  đồ  hoạ(GUI).  Copy  khối  giao  diện 
Powergui vào cửa sổ ct7_1 và nhấn đúp vào icon để mở nó. Mỗi dụng cụ đo 
đại lượng ra được xác định bằng mỗi chuỗi tương ứng với tên của nó. Các biến 
trạng  thái được hiển  thị  tương ứng với   các giá  trị xác  lập cảu dòng điện và 
điện áp. Tên các biến chứa tên các khối, bắt đầu bằng tiếp đầu ngữ Il‐ hay Uc_. 
144
Dấu quy ước được sử dụng với dòng điện và điện áp và các biến  trạng  thái 
đươc xác định bằng hướng của các khối: 
‐  dòng  điện  điện  cảm  chạy  theo  hướng mũi  tên  tướng  ướng  với  dấu 
dương 
‐ điệ áp trên tụ C bằng điện áp ra trừ đi điện áp vao 
Chọn menu Tool | Staedy ‐ State Voltages and Currents để xem các trị số xác 
lập của dòng điện và điện áp. 
  Bây giờ chọn menu Tool | Initial Value of State Variables để hiển thị các 
giá trị khởi đầu của các biến trạng thái. Các giá trị khởi đầu này được đặt để 
bắt đầu simulation ở trạng thái xác lập. 
Bây giờ ta tính các biểu diễn của không gian trạng thái của mô hình ct7_1 
bằng  hàm power2sys. Nhập dòng lệnh sau đây vào cửa sổ MATLAB : 
 [A,B,C,D,x0,states,inputs,outputs] = power2sys(’ct7_1’); 
Hàm power2sys trả về mô hình không gian trạng thái của mạch trong 4 
ma  trận  A,B,C,D,x0  là  vec  tơ  các  điều  kiện  đầu  mà  ta  vừa  hiển  thị  với 
Powergui. Tên của các biến trạng thái, các đại  lượng vào và các đại  lượng ra 
được trả về trong 3 ma trận chuỗi. 
Một khi mô hình trạng thái đã biết, nó có thể phân tích được trong vùng 
tần số. Ví dụ các mode của mạch này có thể tìm từ các giá trị riêng của ma trận 
A(dùng lệnh MATLAB eig(A)) 
eig(A) 
ans = 
  1.0e+002 * 
  ‐0.5000 + 3.1225i 
  ‐0.5000 ‐ 3.1225i 
Hệ  thống này  có dao  động  tắt dần  vì phần  thực  âm. Nếu  ta dùng Control 
System  Toolbox,  ta  có  thể  vẽ  đồ  thị  Bode.  Các  lệnh  MATLAB(lưu  trong 
ct7_1m.m) như sau 
freq = 0:1500; 
w = 2*pi*freq; 
[bien,pha,w] = bode(A,B,C,D); 
semilogy(w,mag1(:,2)); 
semilogy(w,mag1(:,2)); 
145
§3. MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ 
Một  trong  những  phạm  vi  ứng  dụng  của  Power  System  Blockset  là 
simulation quá trình quá độ trong các mạch điện. Điều này có thể làm được cả 
với  cầu dao  cơ khí và mạch  điện  tử. Ta xét quá  trình quá  độ khi  đóng một 
mạch RL vào nguồn điện xoay chiều. Sơ đồ mô phỏng  (lưu  trong ct7_2.mdl) 
như sau: 
Trước quá trình quá độ, cầu dao ( được mô phỏng bằng phần tử breaker) 
ở trạng thái mở. Sau khoảng thời gian 1.5 chu kì, cầu dao đóng, nối mạch RL 
vào nguồn e =  2 sin314t. 
§4. MÔ HÌNH HOÁ ĐƯỜNG DÂY DÀI 
  Đường dây dài  là đường dây có thông số rải. Nó được mô phỏng bằng 
khối Distributed Parameter Line. Nó được xây dựng trên cơ sở xét quá trình 
truyền sóng trên đường dây. Ta xét một đường dây dài 1000 km có mô hình 
(lưu trong ct7_3.mdl)như sau: 
146
Khi sử dụng mô hình ta phải khai báo điện trở, điện dung và điện cảm 
của đường dây trên một đơn vị dài, số pha và chiều dài của đường dây.  
§5. MÔ HÌNH HOÁ ĐƯỜNG DÂY BẰNG CÁC ĐOẠN pi 
Mục đích của mô hình này  là  thực hiện đường dây 1 pha với  thông số 
được  tập  trung  trên  từng  đoạn. Khối PI  Section Line  thực hiện  đường dây 
truyền  tải một pha với  thông số  tập  trung  trên  từng đoạn pi. Đối với đường 
dây  truyền tải, điện trở, điện cảm và điện dung phân bố đều trên suốt chiều 
dài. Một mô hình xấp xỉ đường dây thông số phân bố có được bằng cách nối 
nhiều  đoạn pi giống nhau. Không giống như đường dây  thông  số  rải  có  số 
trạng thái là vô hạn, mô hình tuyến tính các đoạn pi có số hữu hạn các trạng 
thái cho phép mô hình không gian‐trạng thái được dùng để rút ra đáp ứng tần 
số. Số đoạn được dùng phụ thuộc vào tần số được biểu diễn. Xấp xỉ tốt nhất 
thực hiện theo phương trình: 
l8
Nvfmax =  
Trong đó: 
• N : số đoạn pi 
• v : tốc độ truyền sóng(km/s = 1/√L(H/km)C(F/km) 
• l : chiều dài đường dây(km) 
Ta xét đường dây trên không dài 100 km có tốc độ truyền sóng 300000 km/s, 
tần số lớn nhất biểu diễn được khi dùng 1 đoạn pi là 375Hz. Mô hình đơn giản 
này đủ dùng trong hệ thống truyền tải năng lượng. Ta xây dựng mô hình (lưu 
trong ct7_7.mdl)như sau: 
Ta nhập điện trở, điện cảm và điện dung trên một đơn vị dài vào 3 ô đầu tiên 
của hộp thoại. Nhập độ dài và số đoạn pi mong muốn vào 2 ô cuối. 
147
§6. MÔ HÌNH HOÁ MÁY ĐIỆN 
  Các máy  điện  nằm  trong  thư  viện Machines. Các máy  điện  được mô 
phỏng dựa  trên các phương  trình cơ bản của nó và được chia  thành 2 dạng: 
máy điện trong hệ đơn vị tương đói và máy điện trong hệ đơn vị SI. ta xét quá 
trình mở máy bằng điện trở một động cơ điện một chiều. Sơ đồ mô phỏng (lưu 
trong ct7_4.mdl) như sau: 
§7. GIỚI THIỆU VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 
Power System Blockset được  thiết kế để simulation các  thiết bị điện  tử 
công suất. Chúng  ta khảo sát một mạch điện có  thyrsistor cung cấp cho một 
mạch RL. 
Sơ đồ mô phỏng (lưu trong ct7_5.mdl) như trên.  
148
§8. MÔ HÌNH HOÁ MẠCH ĐIỆN 3 PHA 
Ta mô  hình  hoá một mạch  điện  3  pha  có  nguồn  đối  xứng  nhưng  tải 
không đối xứng. Sơ đồ mô phỏng (lưu trong ct7_6.mdl) như sau: 
Điện áp các nguồn có trị hiệu dụng là 231 V. Tải pha thứ nhất là R = 1Ω, 
L = 1H, pha thứ hai R = 15Ω, L = 2H và pha thứ 3 là R = 10Ω, L = 1H và C = 1µF.  
§9. MÔ HÌNH ĐIỆN KHÁNG HỖ CẢM 
Phần  tử điện kháng hỗ cảm  thực hiện mối  liên hệ  từ giữa 2 hay 3 dây quấn. 
Khối Mutual Inductance thực hiện liên hệ từ giữa 3 dây quấn riêng biệt. Ta mô 
tả  điện  trở và  điện  cảm  của  từng dây quấn  trên mục vào  thứ nhất  của hộp 
thoại và điện trở, điện cảm hỗ cảm trên mục vào cuối cùng. Mô hình điện như 
sau (lưu trong ct7_8.mdl): 
Nếu mục vào của dây quấn thứ 3 bị bỏ trống, nghĩa là chỉ có hỗ cảm giữa 
2 dây quấn. Các đầu vào của khối Mutual Inductance là cùng cực tính tại một 
thời điểm. 
149
Do simulation nên cần: 
  Rs > 0 , Rs > Rm , Lm ≠ 0 , Ls ≠ Lm 
Điện trở của dây quấn phải dương và  lớn hơn điện trở hỗ cảm. Điện cảm hỗ 
cảm phải khác 0 nhưng điện trở hỗ cảm có thể bằng 0. Dây quấn có thể thả nối, 
nghĩa là không nối với tổng trở hay phần còn lại của mạch. 
§10. MÔ HÌNH NHÁNH RLC NỐI SONG SONG 
Phần  tử này  thực hiện nhánh RLC nối song song. Khối Parallel RLC Branch 
thực hiện điện trở, điện cảm và điện dung nối song song. Để bỏ một phần tử 
R,L hay C ta phải đặt các thông số tương ứng là Inf, Inf và 0. Ta có thể dùng 
giá trị âm cho các thông số. 
Để có đáp ứng tần của bộ lọc tần số bậc 7 ở 660Hz ta dùng mạch như trong file 
ct7_9.mdl. 
Tổng trở của mạch: 
RCsLCs
RLsRLCs
)s(I
)s(V)s(Z 2
2
+
++==  
Để có đáp ứng tần của tổng trở ta phải xác định mô hình không gian‐trạng thái 
(ma trận A B C D) của hệ thống (lưu trong ct7_9m.m) 
[A,B,C,D] = power2sys(’ct7_9’); 
freq = logspace(1,4,500); 
w = 2*pi*freq; 
[Z,phaseZ] = bode(A,B,C,D,1,w); 
subplot(2,1,1) 
loglog(freq,Z) 
grid 
title(’Bo loc song hai bac 11’) 
xlabel(’Tan so, Hz’) 
150
ylabel(’Tong tro Z’) 
subplot(2,1,2) 
semilogx(freq,phaseZ) 
xlabel(’Tan so, Hz’) 
ylabel(’Pha Z’) 
grid 
§11. MÔ HÌNH TẢI RLC NỐI SONG SONG 
Phần  tử này  thực hiện  tải RLC nối song song. Khối Parallel RLC Load 
thực hiện tải tuyến tính như tổ hợp nối song song của các phần tử R, L và C. 
Để xác định tham số ta nhập điện áp định mức và tần số định mức vào 2 mục 
đầu  tiên. Nhập công suất  tác dụng, công suất phản kháng  trên cuộn dây và 
công suất phản kháng trên tụ điện vào 3 mục cuối. Các công suất phản kháng 
phải dương. Tại tần số đã mô tả, tải sẽ có tổng trở hằng và công suất tỉ lệ với 
bình phương điện áp đặt vào. Ta tìm các giá trị xác  lập của điện áp và dòng 
điện tải trong mạch trong file ct7_10.mdl. 
§12. MÔ HÌNH NHÁNH RLC NỐI NỐI TIẾP 
Phần tử này thực hiện nhánh RLC nối nối tiếp. Khối Series RLC Branch 
thực hiện điện trở, điện cảm và điện dung nối nối tiếp. Để loại trừ R, L hay C 
ta cho  chúng bằng 0, 0 hay Inf. Các  giá trị này có thể đặt là số âm. Ta xét môt 
mô hình như trong file ct7_11.mdl. Tổng trở của nhánh là: 
Cs
1RCsLCs
)s(I
)s(V)s(Z
2 ++==  
151
Để nhận  được  đáp ứng  tần  số của  tổng  trở  ta phải xây dựng mô hình 
không gian‐trạng thái của hệ thống: 
[A,B,C,D] = power2sys(’ct7_11’); 
freq = logspace(1,4,500); 
w = 2*pi*freq; 
[Y,phaseY] = bode(A,B,C,D,1,w); 
Z = 1./Y; 
phaseZ = ‐phaseY; 
subplot(2,1,1) 
loglog(freq,Z) 
grid 
title(’Bo loc song bac 5’) 
xlabel(’Tan so, Hz’) 
ylabel(ʹTong tro  Z’) 
subplot(2,1,2) 
semilogx(freq,phaseZ) 
xlabel(’Tan so, Hz’) 
ylabel(’Pha  Z’) 
grid 
§12. MÔ HÌNH TẢI RLC NỐI NỐI TIẾP 
4SeriePhần tử này thực hiện tải RLC nối nối tiếp tuyến tính.  
Khối Series RLC Load thực hiên tải RLC nối nối tiếp tuyến tính. Ta nhập 
giá trị điện áp và tần số định mức vào 2 ô đầu của hộp thoại. Nhập công suất 
tác dụng,công suất phản kháng trên điện cảm và công suất tác dụng trên điện 
dung vào 3 ô cuối.Các công suất phản kháng phải có trị số dương. Tại tần số 
đã mô  tả,  tải  có  tổng  trở  xác  định  hằng  và  công  suất  của nó  tỉ  lệ  vởi  bình 
152
phương điện áp đặt vào. Ta tìm giá trị xác lập của điện áp và dòng điện của tải 
trong file ct7_11.mdl. 
153