Nghiên cứu, ứng dụng mô hình matlab - simulink để tính toán đánh giá lưới điện phục vụ công tác đào tạo

8644

MỤC LỤC

Trang phụ bìa
Mục lục
Danh mục các hình
Danh mục các biểu bảng
Trang
Mở đầu 1
Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC

4
1.1. Tổng quan về các phần mềm đang sử dụng để tính toán đánh giá lưới điện 4
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 8
Chương 2. NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ PHƯƠNG TRÌNH TOÁN
HỌC CHO CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN
CỦA MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP

10
2.1. Các phần tử cơ bản của mạng điện hạ áp 10
2.2. Hệ phương trình toán học cho các phần tử cơ bản của mạng hạ áp 10
2.2.1. Phương trình toán học của máy biến áp 10
2.2.2. Phương trình toán học mạng hạ áp 14
Chương 3. NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MATLAB –
SIMULINK ĐỂ TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP PHÚC YÊN
21

3.1. Khái niệm và các định nghĩa cơ bản 21
3.2. Đặc điểm và phân loại mô hình hệ thống 22
3.3. Các phương pháp mô phỏng 24
3.4. Xây dựng thư viện mô hình hoá các thiết bị điện và cáp điện để đánh giá tình
trạng kỹ thuật mạng điện hạ áp
26
3.4.1. Mô hình máy biến áp 26
3.4.2. Mô hình cáp chính nối từ máy biến áp đến tủ phân phối 30
3.4.3. Mô hình cáp nhánh nối từ tủ phân phối đến tủ động lực 34


3.4.4. Mô hình cáp mềm 38
3.4.5. Mô hình các phụ tải điện 42
3.4.6. Tủ phân phối và tủ động lực 43
Chương 4. ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO QUÁ TRÌNH CẢI
TẠO LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP
PHÚC YÊN
46
4.1. Tổng quan về mạng điện hạ áp trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên 46
4.1.1. Nguồn Cung cấp 46
4.1.2. Mạng điện hạ áp Trường CĐ Công nghiệp Phúc yên 46
4.2. Ứng dụng mô hình Matlab – Simulink tính toán đánh giá mạng điện hạ áp
trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên
52
4.2.1. X©y dùng m« h×nh m« pháng m¹ng ®iÖn h¹ ¸p 52
4.2.2. Ứng dụng mô hình Matlab – Simulink kiểm tra mạng điện hạ áp của trường
theo các chỉ tiêu chính
52
4.3. Ứng dụng mô hình Matlab – Simulink tính toán cải tạo mạng điện hạ áp
trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên

52
4.3.1. Các giải pháp có thể áp dụng để nâng cao chất lượng điện năng 52
4.3.2. Cải tạo mạng điện hạ áp trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên 53
Chương 5. XÂY DỰNG BÀI GIẢNG ỨNG DỤNG MATLAB -
SIMULINK TRONG TÍNH TOÁN MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP
58
5.1. Những yêu cầu chung về tính toán thiết kế cung cấp điện 58
5.1.1. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện 58
5.1.2. Một số bước chính để thực hiện một phương án thiết kế cung cấp điện 58
5.1.3. Những yêu cầu chung về lưới cung cấp điện: 59
5.2. Tính toán, lựa chọn và kiểm tra mạng điện theo các điều kiện Kinh tế - Kỹ
thuật
60
5.3. Giới thiệu tổng quát về Matlab – Simulink 61
5.3.1. Tổng quan về Matlab 61
5.3.2. Tổng quan về Simulink 73
5.4. Ứng dụng mô hình Matlab – Simulink trong tính toán mạng điện hạ áp 74
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo




DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Tên bảng Nội dung Trang
Bảng 4.1
Thông số kỹ thuật của máy biến áp 46
Bảng 4.2 Phụ tải điện của trường 47
Bảng 4.3 Phụ tải điện của trường 49
Bảng 4.4 Kết quả tính toán phụ tải 49

Bảng 5.1 Phụ tải nhóm 1 phân xưởng cơ khí 74
Bảng 5.2 Phụ tải nhóm 2 phân xưởng cơ khí 75
Bảng 5.3 Phụ tải nhóm 3 phân xưởng cơ khí 75

DANH MỤC CÁC HÌNH
Tên hình Nội dung Trang
Hình 2.1. Sơ đồ thay thế tương đương đơn giản của mạng điện hạ áp. 10
Hình 3.1 . Sơ đồ khối các dạng mô hình 20
Hình 3.2. Mô hình máy biến áp với kết quả tính toán. 26
Hình 3.3. Bảng nhập số liệu máy biến áp. 27
Hình 3.4.
Mô hình cáp chính với kết quả tính toán.
31
Hình 3.5.
Bảng nhập số liệu cáp chính.
31
Hình 3.6. Mô hình cáp nhánh với kết quả tính toán. 35
Hình 3.7. Bảng nhập số liệu cáp chính. 36
Hình 3.8. Mô hình cáp mềm với kết quả tính toán. 40
Hình 3.9. Bảng nhập số liệu cáp mềm. 41
Hình 3.10. Sơ đồ khối phụ tải điện. 42
Hình 3.11. Mô hình động cơ điện 42
Hình 3.12. Bảng nhập số liệu động cơ điện. 42
Hình 3.13. Mô hình tủ phân phối. 43
Hình 3.14. Mô hình tủ động lực. 44
Hình 3.15. Thư viện mô hình kiểm tra mạng điện hạ áp 45


Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp vùng Đông Anh 50
Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 0,4 kV 51

Hình 4.3 Mô hình mô phỏng mạng điện hạ áp của trường 55
Hình 4.4 Kết quả tính toán, đánh giá trước cải tạo 56
Hình 4.5. Sơ đồ mô phỏng mạng điện hạ áp trường sau cải tạo 57
Hình 4.6. Sơ đồ mô phỏng mạng điện hạ áp trường Cao đẳng Công nghiệp
P
húc Yên sau cải tạo nâng cấp điện áp.
58
Hình5.1. Độ lệch và tổn thất điện áp 59
Hình 5.2. Cửa sổ tra cứu thư viện 74
Hình 5.3 Sơ đồ mô phỏng mạng điện hạ áp phân xưởng cơ khí 77


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lưới điện hạ áp - Trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên được xây dựng từ
những năm trước 2000. Khi nhà trường phát triển lên thành trường cao đẳng số lượng
phòng thực hành, thí nghiệm và các trang thiết bị điện tăng đồng nghĩa với việc tăng phụ
tải làm cho chất lượng điện năng của lưới đ
iện hạ thế của trường không còn đảm bảo các
chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và độ tin cậy cung cấp điện, thường xuyên sảy ra hiện tượng sụt
áp lớn trong mạng điện làm cho điện áp đặt trên cực các thiết bị điện không đảm bảo chất
lượng.
Do vậy, việc nghiên cứu mô hình hóa mạng hạ áp xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật cho mạ
ng và đề xuất các giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện
năng phục vụ công tác quản l ý, giảng dạy đồng thời đáp ứng được sự phát triển đi lên của
nhà trường là một nhiệm vụ có ý nghĩa hết sức quan trọng. Vì vậy đề tài: Nghiên cứu,
ứng dụng mô hình Matlap - Simulink để tính toán đánh giá lưới điện phục vụ công
tác đào tạo của trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên, có ý nghĩa khoa học và

mang tính cấp thiết.
2. Lý do đề xuất đề tài
Chất lượng điện năng có quan hệ tới nhiều yếu tố, điều đó đặt ra cho hệ thống cung
cấp điện một nhiệm vụ khó khăn là vừa phải thoả mãn lượng điện năng tiêu thụ, vừa phải
đảm bảo ch
ất lượng của nó. Khi thiết kế, vận hành cần phải xét tới các biện pháp đảm bảo
và nâng cao chất lượng điện năng vì thế việc đánh giá chính xác các thông số cho mạng,
giải quyết hợp lý vấn đề đảm bảo và nâng cao chất lượng điện năng thông qua ứng dụng
phần mềm để đánh giá với giải pháp hữu hiệu được đề xuất sẽ giải quy
ết được vấn đề này.
Nâng cao chất lượng điện năng đáp ứng được yêu cầu phụ tải qua đó sử dụng hiệu
quả và tiết kiệm điện năng trong lưới điện hạ áp không những mang lại hiệu quả sử dụng
thiết bị, kinh tế của hộ tiêu thụ mà còn góp phần giảm tổn thất, nâng cao khả năng truyền
tả
i và ổn định hệ thống điện.
Lưới điện hạ áp, trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên hiện tại khi phụ tải tăng
làm cho chất lượng điện năng của lưới điện hạ áp của trường không còn đảm bảo các chỉ
tiêu kinh tế - kỹ thuật và độ tin cậy cung cấp điện, thường xuyên sảy ra hiện tượng sụt áp

2
lớn trong mạng điện làm cho điện áp đặt trên cực các thiết bị điện không đảm bảo chất
lượng. Do vậy, việc nghiên cứu mô hình hóa mạng hạ áp xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật cho mạng và đề xuất các giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng, tiết
kiệm điện năng phục vụ công tác đào tạo của trường, là rấ
t cần thiết và đây là lý do mà tác
giả nghiên cứu đề tài.
3. Mục đích và phạm vi nghiên cứu
3.1 . Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài là nghiên cứu mô hình hóa mạng hạ áp, đánh giá các chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật của mạng, đưa ra giải pháp vận hành tối ưu, giải pháp nâng cao hiệu quả

sử dụng điện năng giảm thiểu chi phí mạng lại hiệu quả kinh t
ế.
Tiến hành nghiên cứu: Xây dựng hệ phương trình toán học mạng điện hạ áp;
Nghiên cứu xây dựng mô hình Matlap – Simulink và ứng dụng mô hình để tính toán đánh
giá mạng điện há áp nhằm nâng cao chất lượng điện năng; Làm sáng tỏ lợi ích của việc sử
dụng hiệu quả, tiết kiệm điện năng với điều kiện thực tế hiện tại mạng điện của trường và
triển vọng tương lai trên các mạng điện hạ áp, đồng thời nâng cao chất lượng đào tạo sinh
viên chuyên ngành tại trường CĐ Công nghiệp Phúc Yên.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài tập trung đi sâu vào nghiên cứu 3 vấn đề chính đó là: Nghiên cứu xây dựng
mô hình Matlap – Simulink để tính toán đánh giá các chỉ tiêu chính về kỹ thuật của mạng
điện hạ áp, nâng cao chất lượng và sử dụng tiết kiệ
m điện năng phục vụ công tác đào tạo;
Ứng dụng mô hình Matlap – Simulink đề xuất các giải pháp hữu hiệu và cải tạo nâng cao
chất lượng điện năng lưới điện hạ áp; Nghiên cứu xây dựng bài giảng phục vụ công tác
đào tạo trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên
3.3. Phương pháp nghiên cứu
Thống kê, đo lường, thu thập số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu. Xây dựng
hệ ph
ương trình toán học, xây dựng mô hình mô phỏng, mô hình hóa mạng hạ áp. Mô
phỏng tính toán các thông số cho mục đích phân tích, đánh giá hiện trạng vận hành thực tế
trên cơ sở sử dụng các thông số thu thập được tại trường, nghiên cứu đưa ra các giải pháp
cải tạo nâng cao chất lượng cung cấp điện và xây dựng bài giảng phục vụ công tác đào tạo
chuyên ngành.

3
4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.
- Nghiên cứu xây dựng hệ phương trình toán học mạng điện hạ áp.
- Nghiên cứu ứng dụng mô hình Matlap – Simulink để tính toán đánh giá lưới điện

hạ áp.
- Nghiên cứu xây dựng bài giảng phục vụ công tác đào tạo trường Cao đẳng Công
nghiệp Phúc Yên.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu phương pháp mô hình hóa mạng hạ áp nh
ằm xác định các chỉ tiêu kỹ
thuật, đánh giá hiện trạng vận hành, đưa ra các giải pháp cải tạo vận hành hợp lý, nâng
cao chất lượng cung cấp điện điện. Trên cơ sở đó xây dựng bài giảng phục vụ công tác
đào tạo.
* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Nâng cao chất lượng cung cấp điện, sử dụng hiệu quả, tiết kiệm đi
ện năng và nâng
cao chất lượng đào tạo chuyên ngành ở trường CĐ Công nghiệp Phúc Yên.
6. Những đóng góp mới của đề tài
Xây dựng được mô hình Matlap - Simulink để đánh giá mạng điện hạ áp theo một
số chỉ tiêu chính.
Đề xuất các giải pháp hữu hiệu và ứng dụng mô hình Matlap – Simulink cải tạo
nâng cao chất lượng điện năng mạng điện hạ áp.
Xây dựng bài giảng phục v
ụ công tác đào tạo trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc
Yên.




4
Chương 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1. Tổng quan về các phần mềm đang sử dụng để tính toán đánh giá lưới điện

1.1.1. Tình hình ứng dụng các phần trong tính toán đánh giá lưới điện
Kế hoạch phát triển của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam trước đây nay là Tập
đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đến năm 2015 là thách thức lớn cho EVN trong việc quản
lý hiệu qu
ả hệ thống lưới điện hiện tại, vừa phải mở rộng phát triển. Trong vòng 5 năm
tới, EVN dự tính sẽ xây lắp thêm 280.000 km đường dây điện phân phối, 14.000 km
truyền tải, 5.000 trạm biến áp mới; tăng gấp đôi số lượng thiết bị Viễn thông, nhằm đáp
ứng được việc tăng 360% nhu cầu phụ tải trong nước. Tốc độ tăng trưởng này đư
a ra nhu
cầu thông tin cấp bách về công tác vận hành hệ thống Điện hiện có, và về các dự án mới
đối với các nhà quản lý của EVN. Tự động hóa thông tin sẽ đẩy mạnh công suất các nhà
máy điện, nâng cao độ chính xác, và giảm thiểu nhân công trong các quy trình. EVN đã
cam kết thực hiện những dự án cung cấp thông tin cho việc đưa ra các quyết định tốt hơn.
Những dự án này bao gồm: Hệ thống Thông tin Quản lý Tài chính (FMIS), Hệ thống
Thông tin chăm sóc Khách hàng (CCIS), Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) và triển khai áp
dụng các phần mềm phân tích tính toán lưới điện. Về việc áp dụng các phần mềm phân
tích và tính toán lưới điện, từ năm 2004 EVN đã chỉ đạo áp dụng các phần mềm chuyên
ngành để tính toán lưới điện cho tất cả các đơn vị trực thuộc.
Trong các phần mềm tính toán và phân tích lưới điện hiện nay, có nhiều phần mềm
phân tích tính toán như: Phân bố
cống suất, ngắn mạch, đặt tụ bù tối ưu, phối hợp bảo
vệ.v.v…Với các sản phẩm thương mại như: APEN Oneliner, họ PSS/*, CYME, EMTP,
VPro.v.v…
Hơn nữa, do lưới điện không ngừng phát triển mở rộng, theo đó các yêu cầu cung
cấp điện liên tục cho khách hàng với chất lượng điện năng ngày càng cao cũng gia tăng.
Thiết bị trên lưới điện phân phố
i hiện nay vốn có đặc điểm là đa dạng về chủng loại, phức
tạp về cấu tạo. Quá trình vận hành nhằm thực hiện những thao tác mang tính lập đi lập lại
nhiều lần nhưng lại đòi hỏi độ chính xác cao vì vậy rất cần thiết phải tự động hóa bằng
cách đưa nhiều thiết bị tự động, xử lý thông tin tự động nhằ

m tăng khả năng truyền đạt và
xử lý thông tin. Bằng máy tính và các phần mềm chuyên dùng chúng ta có thể ngăn chặn

5
trước và hạn chế hỏng hóc trong quá trình vận hành lưới điện. Những thành tựu mới về
Công nghệ Thông tin như về khả năng lưu trữ của phần cứng, tốc độ tính toán, các
phương pháp hệ chuyên gia, mạng neuron,…đã cung cấp những phương tiện và công cụ
mạnh để tăng cường nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong lĩnh vực điện năng. Đảm bả
o và
giữ vững mối liên hệ hữu cơ của các thành phần trong hệ thống sản xuất truyền tải, phân
phối và sử dụng điện năng.
Như vây, để quản ly, tính toán phân tích mạng điện ngày nay có nhiều phần mềm
như: APEN Oneliner, họ PSS/*, CYME, EMTP, Vpro, Electronics Workbench, Circuit
Maker, Matlab, Ecodial
Trong số các phần mềm trên, Matlab là công cụ tính toán số mạnh, được dùng để
mô hình hóa, mô phỏng và phân tích các hệ thống kỹ thuật qua sơ đồ
cấu trúc dạng khối,
với giao diện tiện lợi, có thể nhìn nhận hệ thống một cách trực quan. Vì vậy sử dụng phần
mềm mô phỏng này để giải bài toán mạng điện hạ áp sẽ đáp ứng được các yêu cầu đặt ra.
1.1.2. Matlab và khả năng ứng dụng
Matlab (Matrix Laboratory) theo tên gọi của nó, là một công cụ phần mềm của
Math Work, ban đầu nó được phát triển nhằm phục vụ
chủ yếu cho việc mô tả các nghiên
cứu kỹ thuật bằng toán học với những phần tử cơ bản là ma trận. Trong các lĩnh vực kỹ
thuật chuyên ngành như điện và điện tử, vật lý hạt nhân, điều khiển tự động, robot công
nghiệp, trong các ngành xử ly toán chuyên dụng như thống kê - kế toán và ngay cả lĩnh
vực nghiên cứu về gien sinh học hay khí hậu và thời tiết… th
ường gặp những dữ liệu rời
dạc (discret) ta có thể lưu trữ dưới dạng ma trận. Còn đối với hệ dữ liệu liên tục
(continuous) như âm thanh, hình ảnh hoặc đơn giản như các đại lượng vật ly tương tự

(Analog): điện áp, dòng điện, tần số, áp suất, lưu lượng… phải được biến đổi thành các
tín hiệu số (Digital) rồi mới tập hợp lại trong các file dữ liệu. Quá trình đó có thể được xử
lý bằng các hàm toán học của Matlab.
Mức phát triển của Matlab ngày nay đã chứng tỏ nó là một phần mềm có giao diện
cực mạnh cùng nhiều lợi thế trong kỹ thuật lập trình để giải quyết những vấn đề rất đa
dạng trong nghiên cứu khoa học kỹ thuật.
Trước hết, các câu lệnh của Matlab được viết rấ
t sát với các mô tả kỹ thuật khiến
cho việc lập trình bằng ngôn ngữ này được thực hiện nhanh hơn, dễ hơn so với nhiều

6
ngôn ngữ đã trở nên thông dụng như Pascal, Fortran… Những hàm sẵn có trong Matlab
có cấu trúc thiết lập gần giống như ngôn ngữ C, bởi vậy người sử dụng không mất nhiều
thì giờ học hỏi khi đã nắm được những vấn đề cơ bản của một số ngôn ngữ lập trình thông
dụng.
Tiếp theo, Matlab không chỉ cho phép đặt vấn đề tính toán mà còn có thể xử lý dữ
liệu, biể
u diễn đồ họa một cách mềm dẻo, đơn giản và chính xác trong không gian 2D
cũng như 3D, kể cả khả năng tạo hoạt cảnh cho những mô tả sinh động, bởi những công
cụ như các thư viện chuẩn, các hàm có sẵn cho các ứng dụng đa dạng, các tệp lệnh ngày
càng được mở rộng bởi 25 thư viện trợ giúp (Tools box) và bản thân các hàm ứng dụng
được tạo lập bởi ngườ
i sử dụng. Không cần nhiều kiến thức về máy tính cũng như kỹ
thuật lập trình có tính xảo thuật, mà chỉ cần đến những hiểu biết cơ bản về lý thuyết số,
toán ứng dụng, phương pháp tính và khả năng lập trình thông dụng, người sử dụng đã có
thể dùng Matlab như một công cụ hữu hiệu cho lĩnh vực chuyên ngành của mình.
Sau hết, việc cài đặt Matlab thật là dễ dàng. Ta chỉ cần chú y đôi chút nếu muốn
dùng thêm các thư viện trợ giúp như Simulink, Fuzzy, Toolbox, DSP (Digital signal
Processing) hay muốn tích hợp phần mềm này với một vài ngôn ngữ quen thuộc của
người sử dụng như C, C++, Fortran… Matlab có thể hoạt động trên hầu hết các hệ máy

tính, từ máy tính cá nhân (PC) đến các hệ máy tính lớn (SC); với các version 3.5 trở về
trước, nó chạy trong môi trường MS – Dos., các version 4.0, 4.2, 5.1, 5.2 chạy trong môi
trường Windows. Còn lại các version Matlab khác cần đến môi trường tương tác Unix.
Được các công ty phần mềm hàng đầu trên thế giới phát triển, ngày nay Matlab đã
trở thành công cụ phổ biến, đắc lực trong các môi trường công tác rất khác nhau, từ việc
giảng dạy, đào tạo trong các nhà trường đại học và trung học chuyên nghiệp, đến việc
triển khai ứng dụng trong các cơ sở nghiên cứu, sản xuất, dịch vụ và thương mại; từ các
lĩnh vực khoa học cơ bản như toán học, vật lý, hóa học, sinh học… đến các lĩnh vực kỹ
thuật công nghiệp, kinh tế, quốc phòng….
Các nhà khoa học, các kỹ sư và kỹ thuật viên luôn luôn quan tâm đến việc phát
triển, nâng cao khả năng tính toán và xử lý trên máy tính những vấn đề chuyên môn rất đa
dạng của họ. Nhưng để viết được một chương trình bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao nhằm
giải quyết những vấn đề như vậ
y, thường phải tốn nhiều công sức và thời gian, nhất là bên

7
cạnh những kiến thức sâu sắc của chuyên ngành khoa học kỹ thuật, người lập trình còn
phải có hiểu biết tường tận về hệ thống máy tính, về bản thân bộ môn toán học và những
xảo thuật của kỹ thuật lập trình. Đôi khi điều đó là nan giải đối với các nhà chuyên môn
kỹ thuật.
Để tạo điều kiện ứng dụng nhanh chóng và hiệu quả cho các nhà chuyên môn
ngoài ngành tin học, các chuyên gia phát triển phần mềm đã thiết lập những công cụ trợ
giúp cho những mục đích sử dụng đa dạng trên nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau.
Matlab cũng chính là một trong những phần mềm như vậy.
Matlab là chương trình phần mềm trợ giúp cho việc tính toán và hiển thị. Matlab
được điều khiển bởi tập các lệnh, tác động qua bàn phím trên cửa sổ điều khiển. Nó cũng
cho phép m
ột khả năng lập trình với cú pháp thông dịch lệnh- còn gọi là script file. Các
lệnh hay bộ lệnh của Matlab lên đến con số hàng trăm và ngày càng được mở rộng bởi
các phần Toolbox (thư viện trợ giúp) hay thông qua các hàm ứng dụng được tạo lập bởi

người sử dụng.
Các lệnh của Matlab rất mạnh và hiệu quả, nó cho phép giải các loại hình toán
khác nhau và đặc biệt hữu dụng cho các hệ phương trình tuyến tính hay các bài toán ma
trậ
n. Cùng với 25 Toolbox khác nhau, Matlab cho bạn một sự lựa chọn hoàn chỉnh và
phong phú các công cụ trợ giúp đắc lực cho những lĩnh vực nghiên cứu chuyên môn khác
nhau.
Với Matlab, các vấn đề cần giải quyết sẽ được phân tích và sử ly theo các bước:
Bước 1. Đặt vấn đề
Bài toán đưa ra cần được phân tích, biểu diễn một cách rõ ràng và cụ thể. Đây là
bước mở đầu rất quan trọng, nó quyết định toàn bộ hướng gi
ải quyết tiếp theo của bài
toán đặt ra.
Bước 2. Mô tả các giá trị dữ liệu vào/ra.
Việc mô tả các thông tin cần giải đáp có liên quan trực tiếp đến các tham số được
sử dụng trong tính toán, bởi vậy bước này cần được tiến hành cẩn trọng. Trong nhiều
trường hợp, sơ đồ khối được sử dụng để xác định vị trí các luồng vào ra, tuy nhiên đôi khi
chúng chỉ là các hộp đ
en vì không thể xác định được luồng ra tại một điểm nào đó trong
các bước. Mặc dầu vậy, ta vẫn chỉ ra được những thông tin để tính toán luồng ra.

8
Bước 3. Các tính toán bằng tay với các tập dữ liệu đầu vào đơn giản.
Đây là bước tiến hành để nhằm tìm kiếm những giải pháp cụ thể, không nên bỏ qua
kể cả với các bài toán đơn giản. Nếu trong bước này chưa lấy được dữ liệu hay chưa tính
được đầu ra thì có thể chuyển sang bước kế tiếp.
Bước 4. Chuyển bài toán sang giải pháp bằng Matlab.
Ở bước này b
ạn sẽ sử dụng các hàm toán, cũng là các lệnh để mô tả bài toán theo
Matlab.

Bước 5. Kiểm tra.
Đây là bước cuối cùng trong tiến trình giải bài toán. Bài toán được kiểm tra bằng
các dữ liệu đầu vào. Matlab thực hiện bài toán và cho kết quả ở đầu ra.
Trong trường hợp không có kết quả hoặc kết quả sai thì điều đó có nghĩa là Matlab
chưa thực hiện được bài toán, cần kiểm tra lại cả tính toán bằ
ng tay và thao tác bằng
Matlab.
Matlab ngày nay đã trở nên thông dụng và là một công cụ trợ giúp hữu hiệu cho
các nhà chuyên môn, những sinh viên đang theo học trong các trường Đại học, Cao đẳng
và các trường trung học chuyên nghiệp, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật… nhằm giải quyết các
vấn đề rất đa dạng trong công việc.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Công tác tính toán đánh giá lưới điện là khâu quan trọng trong lĩnh vực Hệ thống
cung cấp đi
ện, đặc biệt đối với các mạng điện hạ áp. Cho đến nay, trong và ngoài nước
việc đánh giá lưới điện vẫn chưa được giải quyết thoả đáng vì nhiều lý do khác nhau.
Hiện tại, ở Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu, tính toán đánh giá chất lượng
điện năng; chất lượng điện áp; hiệu quả sử dụng điện năng và nghiên cứu phương pháp
mô hình hóa mạng hạ áp. Đồng thời có nhiều tác giả bàn về vấn đề nâng cao chất lượng
cung cấp điện, vấn đề tiết kiệm điện năng, vấn để mô hình hóa như:
Nghiên cứu phương pháp mô hình hóa mạng hạ áp mỏ hầm lò nhằm giảm chi phí
điện năng cho khu khai thác mỏ - Phạm Trung Sơn, Luận văn thạc sỹ chuyên ngành Mạng
và Hệ thống điện, Cung cấp đi
ện và điện khí hóa, mã số 2.03.01. Năm 2006.
Nghiên cứu đánh giá và đề xuất các giải pháp hứu hiệu nhằm nâng cao chất lượng
điện áp các mạng hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh - Trần Quốc Hoàn, Luận văn thạc

9
sỹ chuyên ngành Mạng và Hệ thống điện, Cung cấp điện và điện khí hóa, mã số 2.03.01.
Năm 2006.

Nghiên cứu hiện trạng sử dụng thiết bị điện mỏ hầm lò và đề xuất các giải pháp
hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh -
Nguyễn Đình Thống, Luận văn thạc sỹ chuyên ngành Mạng và Hệ thống điện, Cung cấp
điện và điện khí hóa, mã số 2.03.01. Năm 2005.
Tác giả Tống Thị Phương “Phân tích sự ảnh hưởng của các thiết bị điện tử công suất
đến chất lượng cung cấp điện hạ áp mỏ và giải pháp khắc phục” - Trường Đại học Công
Nghiệp Quảng Ninh – 2010.
Sử dụng Matlab/Simulink để mô hình hóa và mô phỏng tụ bù tĩ
nh nhằm giảm nhẹ
ảnh hưởng của lò hồ quang đến lưới điện, Tuyển tập báo cáo hội nghị Nghiên cứu khoa
học lần 7 Đại học Đà Nẵng .
Nhìn chung, các đề tài, bài viết trên đều chưa đề cập cụ thể tới việc xây dựng mô
hình và ứng dụng mô hình Matlap - Simulink để tính toán đánh giá lưới điện hạ áp phục
vụ công tác đào tạo. Vì vậy, nội dung nghiên cứ
u của đề tài nhằm nâng cao hiệu quả của
việc tính toán đánh giá lưới điện phục vụ công tác đào tạo của trường Cao đẳng Công
nghiệp Phúc Yên là hoàn toàn mới và mang tính cấp thiết, có ý nghĩa thời sự.




10
Chương 2
NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ PHƯƠNG TRÌNH TOÁN HỌC
CHO CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP

2.1. Các phần tử cơ bản của mạng điện hạ áp
Đối với mạng điện hạ áp, các phần tử cơ bản của mạng bao gồm: Máy biến áp,
đường dây cung cấp và động cơ điện. Vậy để mô hình hóa mạng hạ áp trên quan
điểm

nghiên cứu các điều kiện kỹ thuật, cần phải lập mô hình mạch và thiết lập phương trình
toán học cho từng phần tử, sau đó lập mô hình tổng quát để mô hình hóa chúng.
Với giả thiết mạng điện hạ áp là mạng ba pha đối xứng có trung tính nối đất thì mô
hình mạch tương đương đơn giản như sau:


Hình 2.1. Sơ đồ thay thế tương đương đơn giản của mạng điện hạ áp.
a) Sơ đồ nguyên lý tổng quát;
b) Sơ đồ tương đương;
c) Sơ đồ thay thế tương đương

11

Trên cơ sở mô hình mạch thay thế tương đương, xây dựng hệ phương trình toán
học cho các phần tử của mạng.
2.2. Hệ phương trình toán học cho các phần tử cơ bản của mạng hạ áp.
2.2.1. Phương trình toán học của máy biến áp.
Khi máy biến áp làm việc, trong máy biến áp sẽ xuất hiện các loại tổn thất như tổn
thất công suất, tổn thất năng lượng, tổn thấ
t điện áp… Do đó việc tính toán về điện cho
máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp
điện, đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng cung cấp điện.
Việc xác định tổn thất điện năng trong máy biến áp được tiến hành xuất phát từ các
thông số kỹ thuật, mức độ mang tải và số giờ vận hành.
* Tổn thất công suất trong máy biến áp sẽ là:

2
''
0
⎟

⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∆+∆=∆
dm
pt
nt
S
S
PPP
(2.1)
trong đó :
nktnnkt
QkPPQkPP ∆+∆=∆∆+∆=∆ .;.
'
00
'
0

0
P∆ - tổn thất công suất tác dụng không tải, kW;
n
P∆ - tổn suất công suất khi ngắn mạch, kW;
đ
S - công suất định mức của máy biến áp, kVA;
⎟

⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=∆
100
%
0
0
i
SQ
dm
- công suất phản kháng không tải để từ hóa máy biến áp,kVAr;
%
0
i - dòng điện không tải của máy biến áp, tính bằng %
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=∆
100
%
0
n
dm
U

SQ
- tổn thất công suất phản kháng khi ngắn mạch, kVAr;
%
n
U - điện áp ngắn mạch của máy biến áp, tính bằng %.
kt
k - suất tổn thất công suất tác dụng đối với 1 đơn vị tổn thất công suất phản kháng
kW/kVAr (
kt
k =0,05 ÷ 0.15).
* Tổn hao năng lượng của máy biến áp là:

12

τ

2
0
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
∆+∆=∆
dm
pt
nt

S
S
PtPA (2.2)
trong đó: t – thời gian vận hành máy biến áp;

τ
- thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất, trị số
τ
có thể xác định
theo đồ thị quan hệ
τ
=f(
max
T ,cos
ϕ
) hoặc có thể xác định theo công thức kinh nghiệm
của HEezevits như sau:

τ
=(0,124+
max
T .
4
10
−
)
2
.8760; (2.3)

max

T - thời gian sử dụng công suất lớn nhất
pt
S
,
đm
S - phụ tải và dung lượng định mức của máy biến áp.
+ Phụ tải tính toán của máy biến áp.
Công suất tính toán thực tế của các máy biến áp được tính theo công thức sau:

ϕ
cos
1
∑
=
=
n
i
dmiyc
tt
Pk
S
, kVA (2.4)
Trong đó:
∑
=
n
i
dmi
P
1

- tổng công suất định mức của các phụ tải đấu vào máy biến áp
yc
k - hệ số yêu cầu của nhóm phụ tải.
+ Hệ số mang tải của máy biến áp được xác định theo công thức:

dm
tt
S
S
=
β
(2.5)
2.2.2. Phương trình toán học mạng hạ áp.
Chất lượng cung cấp điện được đánh giá thông các chỉ tiêu về kỹ thuật, an toàn,
kinh tế, độ bền và hướng dự báo của sự phát triển phụ tải trong tương lai. Để đánh giá
mạng hạ áp lần lượt kiểm tra các điều kiện sau:
+ TÝnh to¸n kiÓm tra m¹ng h¹ ¸p theo ®iÒu kiÖn dßng nung nãng cho phÐp.
+ TÝnh to¸n kiÓm tra m¹ng h¹ ¸p theo ®iÒu kiÖn tæn hao ®iÖn ¸p cho phÐp khi m¹ng
lµm viÖc b×nh th−êng.

13
+ Tính toán kiểm tra mạng hạ áp theo điều kiện khởi động động cơ (lúc động cơ có
công suất lớn nhất và xa nhất khởi động, trong khi các động cơ khác làm việc ở chế độ
định mức).
+ Tính toán tổng tổn thất điện năng trong mạng điện
Nh vy, Vi mc ớch mụ hỡnh húa mng h ỏp cn thit phi lp cỏc phng trỡnh
toỏn hc theo tt c cỏc iu kin trờn.
2.2.2.1. Phng trỡnh toỏn hc mng h ỏp theo iu kin dũng in nung núng cho
phộp.
Khi ng dõy cung cp cho mt ph ti thỡ dũng in tớnh toỏn ly bng dũng nh

mc ca ph ti theo cụng thc sau:

dmdmdm
dm
dmtt
U
P
II

cos 3
10.
.
3
== ,A (2.6)
Trong ú:

dm
P - Cụng sut nh mc ca ph ti, kW.

dm
U - in ỏp nh mc ca ph ti, V.

dmdm


cos, - Hiu sut nh mc v h s cụng sut nh mc ca ph ti.
Khi ng dõy cung cp cho mt nhúm cỏc ph ti, dũng tớnh toỏn c xỏc nh
theo cụng thc:

tbdm

dmyc
tt
U
Pk
I

cos 3
10
3
.

= ,A (2.7)
trong ú:


dm
P - Tng cụng sut nh mc ca nhúm ph ti, kW;

tb

cos - H s cụng sut trung bỡnh thc t ca nhúm ph ti;

yc
K - H s yờu cu thc t ca nhúm ph ti.
2.2.2.2. Phng trỡnh toỏn hc mng h ỏp theo iu kin tn hao in ỏp khi mng
lm vic bỡnh thng.
Thc t trong vn hnh, vic m bo giỏ tr in ỏp nh mc trờn cc ph ti l
khú cú kh nng hoc khụng hp lý v mt kinh t. Vỡ vy trong mng in h ỏp
lch
in ỏp cho phộp trờn cc ph ti l +10% v -5% so vi in ỏp nh mc. T ú tn hao

14
điện áp cho phép trong mạng hạ áp (từ máy biến áp đến cực phụ tải) được xác định theo
công thức:

ddbamcp
UUU %95
.
−
=∆ (2.8)
trong đó:

dba
U - Điện áp định mức phía thứ cấp máy biến áp khi không. tải.

d
U - Điện áp định mức của phụ tải.
- Đối với mạng hạ áp 380V tổn hao điện áp cho phép trong mạng là

VU
mcp
39380.
100
95
400
.
=−=∆

Đặc điểm của mạng điện hạ áp là công suất động cơ có thể so sánh với công suất
máy biến áp, đồng thời do điều kiện vận hành mà tiết diện cáp không được quá lớn

(không vượt quá 120mm
2
). Để đảm bảo trạng thái làm việc bình thường của mạng, tổn
hao điện áp của mạng không được vượt quá tổn hao điện áp cho phép, nghĩa là:

cp
UU ∆<Σ∆
Tổng tổn hao điện áp cho phép từ máy biến áp đến cực phụ tải được xác định theo
công thức:

cmccba
UUUU
∆
+
∆
+
∆=Σ∆ (2.9)
trong đó:

ba
U∆ - Tổn hao điện áp trong máy biến áp,V;

cc
U∆ - Tổn hao điện áp trên cáp chính, V;

cm
U∆ - Tổn hao điện áp trên cáp mềm, V;
- Tổn hao điện áp trong máy biến áp được xác định theo công thức sau:

VU

U
U
dm
ba
ba
,
100
%
2
∆
=∆
(2.10)
trong đó:

dm
U
2
- Điện áp định mức phía thứ cấp máy biến áp, V

%
ba
U∆ - Tổn hao điện áp trong máy biến áp tính bằng %

),%sin%cos(%
tbptbaba
UUU
ϕ
ϕ
β
+

=∆ (2.11)

15
100%
dm
nm
a
S
P
U =∆
, % - Thành phần tác dụng của điện áp ngắn mạch máy
biến áp.

%
p
U∆ - Thành phần phản kháng của điện áp ngắn mạch máy biến áp:

%%
22
anmp
UUU −=∆ (2.12)

nm
U - Điện áp ngắn mạch % của máy biến áp.
Tổn hao điện áp trên cáp nhánh được xác định theo công thức:

,

10
3

dcdmcm
cmdm
cm
US
lP
U
ηγ
=∆ V (2.13)
trong đó:

dm
P - Công suất định mức của động cơ; kW
l
cm
- Chiều dài đoạn cáp nhánh, m

cm
S -Tiết diện đoạn cáp nhánh; mm
2


dc
η
- Hiệu suất định mức của động cơ.
Tổn hao điện áp trên cáp chính được xác định theo công thức:

[]
cmab
cp
cc

UUUU
∆
−
∆
−∆=∆
.

Tiết diện cáp chính:

[]
cc
dm
ccdmyc
cc
UU
LPKK
S
∆
Σ
=

10
3
γ
,
2
mm (2.14)
trong đó:
K- Hệ số kể đến điện kháng của cáp; K=1,1 ÷ 1,2

cc
L - Chiều dài đoạn cáp chính,m
S- Tiết diện cáp chính,
2
mm
γ = 50 – Điện dẫn mặt của cáp lõi đồng, m/
2
.mm
Ω

2.2.2.3. Phương trình toán học mạng hạ áp theo điều kiện khởi động động cơ.
Khi khởi động trực tiếp các động cơ rôto lồng sóc, dòng điện mở máy của động cơ
đạt tới 5 - 7 lần giá trị dòng định mức. Do đó tổn hao điện áp trong máy biến áp và trong
mạng có thể đạt giá trị lớn, điện áp còn lại trên cực động cơ không đủ để đ
ông cơ tăng tốc

16
và có thể dừng cưỡng bức các động cơ khác đang làm việc, nghĩa là tạo trạng thái “ngắn
mạch” của các động cơ. Ngoài ra nếu điện áp giảm quá thấp, các tiếp điểm của công tắc
tơ trong thiêt bị điều khiển mở ra, đãn đến động cơ ngừng làm việc.
Như vậy, việc kiểm tra mạng điện hạ áp theo điều kiệ
n khởi động động cơ nhằm
đảm bảo cho động cơ rôto lồng sóc có công suất lớn nhất, xa nhất mở máy được trong khi
tất cả các dộng cơ còn lại vẫn làm việc bình thường.
Để động cơ khởi động được thì mô men mở máy thực tế trên trục động cơ phải lớn
hơn mô men mở máy tối thiểu cần thiết để động cơ mở máy được. Khi khởi động động
cơ, tổn hao điện áp trên toàn mạng bao gồm tổn hao điện áp trong máy biến áp, tổn hao
điện áp trên cáp chính, cáp mềm.
Điện áp tối thiểu để động cơ khởi động được, xác định theo công thức:

a
K
UU
dmkddc .min
.1,1= (V) (2.15)
trong đó:
1,1 – hệ số dự trữ đảm bảo cho mômen mở máy tối thiểu lớn hơn mô men
trên trục động cơ 10%.
K=
dmm
MM /
min.
- bội số mô men mở máy tối thiểu.
a =
dmmdm
MM / - bội số mô men mở máy định mức.

mdm
M - mô men mở máy định mức của động cơ.

dm
M - mô men định mức của động cơ.
Điện áp thực tế trên cực động cơ khi khởi động là:

,
2 kddmbakdtt
UUU Σ∆−= V (2.16)
Tổn hao điện áp trong máy biến áp khi khởi động động cơ xác định theo công
thức:

badm
bakd
badmbakd
I
I
UU
.∆=∆ (2.17)
trong đó:

A
U
PIk
I
tbdm
diyc
badm
,
cos 3
10
3
ϕ
∑
= (2.18)

17
badm
I - Dòng điện thứ cấp của máy biến áp lúc làm việc bình thường; A
bakd
I - Dòng điện thứ cấp của máy biến áp khi khởi động động cơ roto lồng công
suất lớn nhất, xa nhất trong khi các động cơ khác làm việc bình thường; A.

bakd
I
=
2'2'
)sin.sin.()coscos.(
tbbakddckddctbbakddckddc
IIII
ϕϕϕϕ
+++ (2.19)
'
ba
I - Dòng làm việc bình thường của các động cơ còn lại xác định theo công thức:

'
ba
I = ,
cos.3
10
.
1
1
3
tbttdm
n
diyc
U
PK
ϕ
∑

−
A (2.20)

kddc
I
- Dòng khở động động cơ với điện áp mở máy thực tế:

kddc
I =
kddm
dm
kddcMin
I
U
U
, A (2.21)
cos
kddc
ϕ
= 0,4
⇒
sin
kddc
ϕ
= 0,91
Tổn hao điện áo trên đường cáp chính khi động cơ roto lồng sóc có công suất lớn
nhất, xa nhất khởi động:

)sin.cos (.3
cckdcccckdcccckdcckd

XRIU
ϕϕ
+=∆ (2.22)
trong đó:

cckd
I - Dòng điện chạy trong cáp chính khi khởi động đông cơ có công suất lớn
nhất, xa nhất;

cc
R - Điện trở tác dụng của cáp chính,
Ω
/km;

cc
X
- Điện kháng của cáp chính,
Ω
/km;
cos
cckd
ϕ
- hệ số công suất của cáp chính khi khởi động động cơ:
cos
cckd
ϕ
=
cckd
babakddckddc
I

II
''
cos.cos.
ϕϕ
+
(2.23)
Tổn hao điện áp trên cáp nhánh (cáp mềm) cấp điện cho động cơ có công suất lớn
nhất, xa nhất khởi động:

)sin.cos (.3
dckdcmdckdcmkddccmkd
XRIU
ϕϕ
+=∆ (2.24)
trong đó:

18

dckd
I - Dòng điện khở động định mức của động cơ , A;

cm
R - Điện trở tác dụng của cáp mềm,
Ω
/km;

cm
X
- Điện kháng của cáp mềm,
Ω

/km;
Việc kiểm tra điều kiện khởi động động cơ được thực hiện theo trình tự trên, đọng
cơ đảm bảo khởi động được nếu thỏa mãn điều kiện:

∑
≥
∆
−
∆
−
∆
−=
kddcMincmkdcckabakddmbakdtt
UUUUUU
2

2.2.2.4. Phương trình toán học mạng hạ áp theo điều kiện tổn thất điện năng.
Tổn thất điện năng trên đường dây được xác định theo công thức:
∆A = ∆P
dd
.τ, kWh (2.25)
trong đó:
∆P
dd
- tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây, kW

τ
- thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất, trị số
τ
có thể xác định theo

đồ thị quan hệ
τ
=f(
max
T ,cos
ϕ
) hoặc có thể xác định theo công thức kinh nghiệm của
HEezevits như sau:

τ
=(0,124+
max
T .
4
10
−
)
2
.8760; (2.26)

max
T - thời gian sử dụng công suất lớn nhất




19
Chương 3
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MATLAB – SIMULINK ĐỂ TÍNH
TOÁN ĐÁNH GIÁ LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG

NGHIỆP PHÚC YÊN

3.1. Khái niệm và các định nghĩa cơ bản
Mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu cơ bản, khoa học và đang được ứng dụng
rộng rãi nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin. Mô phỏng giúp nghiên cứ các bài toàn
kỹ thuật một cách chủ động, giải quyết những khó khăn khi tiế
n hành nghiên cứu các mô
hình thực, các bài toán mà trước đây đưa ra nhiều giả thiết nhằm giản ước các biến. Đồng
thời mô phỏng cho phép ta tiệm cận với quá trình ở những góc độ khác nhau.
Hiện nay có nhiều phần mềm mô phỏng khác nhau và việc áp dụng các phần mềm đó
rất tiện lợi. Nhưng đối với mỗi bài toán, lĩnh vực cụ thể cần xem xét lựa chọn và ứng
dụng phươ
ng pháp phù hợp nhất. Để phân tích, tính toán một quá trính, quá trình đó phải
được diễn tả bằng toán học, phản ánh quy luật khách quan của quá trình với độ chính xác
cần thiết.
Dưới đây là một số định nghĩa cơ bản dùng trong mô hình hóa, mô phỏng.
+ Mô hình là một sơ đồ phản ánh đối tượng hoặc hệ thống dùng để nghiên cứu, thực
hiện nhằm tìm ra các quy luật hoặc hoạt động của đối tượng ho
ặc hệ thống. Mô hình là
đối tượng thay thế của đối tượng thực tế dùng để nghiên cứ thực tế.
+

Mô hình hóa là thay thế đối tượng thực tế bằng một mô hình để nhằm thu nhận các
thông tin về đối tượng bằng cách tiến hành các thực nghiệm, tính toán trên mô hình.
+ Mô phỏng là phương pháp mô hình hóa dựa trên mô hình số và dùng phương pháp
số để tìm lời giải.
Phương pháp mô phỏng là phương pháp nghiên cứu khoa học được ứng dụng để mô
hình hóa trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Kỹ thuật, kinh tế, xã hội, sinh học… Riêng
đối với ngành điệ
n phương pháp mô phỏng là phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu đối

tượng, bởi vì trước đây thường dùng phương pháp giải tích gặp nhiều khó khăn do phải
chấp nhận nhiều giả thiết để đơn giản hóa mô hình, do đó các kết quả nghiên cứu có độ
chính xác không cao.

20
3.2. Đặc điểm và phân loại mô hình hệ thống
Cùng với sự phát triển của phương pháp lý thuyết, các phương pháp thực nghiệm để
nghiên cứu, phân tích và tổng hợp hệ thống ngày càng được hoàn thiện. Đối với hệ thống
thực có hai phương pháp cơ bản để nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu trên hệ thực và
nghiên cứu trên mô hình của nó. Nghiên cứu trên hệ thực cho ta các số liệu khách quan,
trung thực. Ở
đây giải quyết vấn đề lấy mẫu thống kê, ước lượng tham số, phân tích và xử
lý số liệu… Tuy nhiên, việc nghiên cứu thực nghiệm trên hệ thực nghiệm trên các mô
hình là phương pháp có nhiêu triển vọng.
Mô hình hóa là thay thế đối tượng thực bằng mô hình của nó để thuận tiện trong
việc nghiên cứu. Vì vậy mô hình phải phản ánh trung thực các hiện tượng xảy ra trong đối
tượng. Các kết quả thực nghiệm trên mô hình ph
ải có độ chính xác, độ tin cậy thỏa mãn
được yêu cầu đề ra.
Mô hình được chia ra làm hai nhóm chính: Mô hình vật lý và mô hình toán học hay
còn gọi là mô hình trừu tượng.

Hình 3.1 .Sơ đồ khối các dạng mô hình
Mô hình vật lý là mô hình được cấu tạo bởi các phần tử vật lý. Các thuộc tính của đối
tượng được phản ánh bằng các định luật vật lý xảy ra trong mô hình. Nhóm mô hình vật lý
được chia thành mô hình thu nhỏ và mô hình tương tự.
Mô hình vật lý thu nhỏ có cấu tạo giố
ng như đối tượng thực nhưng có kích thước nhỏ
hơn cho phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm.
Mô hình hệ thống

Mô hình vật lý Mô hình toán học
Mô hình thu nhỏ
Mô hình tương tự
hh giải tíc
Mô hìn
hình mpg

21
Mô hình vật lý tương tự được cấu tạo bằng các phần tử vật lý không giống với đối
tượng thực nhưng quá trình xảy ra tương đương với quá trình xảy ra trong đối tượng thực.
Mô hình toán học thuộc loại mô hình trừu tượng. Các thuộc tính của đối tượng được
phản ánh bằng các biểu thức, phương trình toán học. Mô hình toán học được chia thành
mô hình giải tích và mô hình số.
Mô hình giải tích được xây dựng bở
i các biểu thức giải tích.
Mô hình số được xây dựng theo phương pháp số tức là bằng các chương trình chạy
trên máy tính số. Ngày nay nhờ sự phát triển của kỹ thuật máy tính và kỹ thuật tin học,
người ta đã xây dựng các mô hình số có thể mô phỏng được quá trình hoạt động của đối
tượng thực. Những mô hình loại này được gọi là mô hình mô phỏng. Ngày nay mô hình
mô phỏng được ứng dụng rất rộng rãi.
Khi có mô hình toán học c
ủa hệ thống thực người ta có thể tìm thông tin về hệ thồng
bằng nhiều cách. Trong trường hợp mô hình tương đối đơn giản người ta có thể dùng
phương pháp giải tích, ngược lại người ta phải dùng phương pháp số. Phương pháp giải
tích cho ta lời giải tổng quát, còn phương pháp số cho ta lời giải của từng bước tính với
những điều kiện xác định. Đối với những hệ thống lớn, có cấu trúc phức tạp thì phương
pháp giải tích tỏ ra bất lực. Trong trường hợp này người ta phải dùng phương pháp mô
phỏng. Bản chất của phương pháp mô phỏng là xây dựng một mô hình số tức mô hình
được thể hiện bằng các phương trình máy tính. Khi đã có mô hình số người ta tiến hành
các thực nghiệm trên mô hình để giải thích dự đoán hành vi của hệ thống thực. Các thực

nghiệm đó được l
ặp lại nhiều lần và kết quả được đánh giá theo xác suất. Kết quả càng
chính xác nếu số lần “ thực nghiệm” càng lớn.
Như vậy, phương pháp mô phỏng đòi hỏi khối lượng tính toán rất lớn, điều này chỉ có
thể giải quyết được khi ứng dụng máy tính tốc độ nhanh. Nhờ có máy tính mà phương
pháp mô phỏng ngày càng được hoàn thiện.
* So sánh giữa phương pháp mô phỏng và phương pháp giải tích.
Khi cho một mô hình toán học, có thể dùng phương pháp giải tích hoặc mô phỏng để
thu được lời giải về mô hình. Các điểm khác biệt cơ bản giữa phương pháp giải tích và
phương pháp mô phỏng như sau: