Xây dựng phần mềm giao diện và xử lý thông tin trong thiết bị mô phỏng tính toán chế độ xác lập hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRƯƠNG NGỌC MINH

XÂY DỰNG PHẦN MỀM GIAO DIỆN VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN
TRONG THIẾT BỊ MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN
CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

HÀ NỘI - 2004


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRƯƠNG NGỌC MINH

XÂY DỰNG PHẦN MỀM GIAO DIỆN VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN
TRONG THIẾT BỊ MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN
CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN

Chuyên ngành: Hệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS. Lã Văn Út

HÀ NỘI - 2004


MỤC LỤC
Trang

MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I

CHƯƠNG II

KHÁI QUÁT VỀ MÔ HÌNH HOÁ HỆ THỐNG

1

1.1 Yêu cầu về tính toán, phân tích các chế độ của hệ thống điện

1

1.2 Vấn đề sử dụng mô hình trong nghiên cứu, phân tích hệ thống

2

1.3 Một số đặc điểm của mô hình

4

1.4 Các dạng mô hình của đối tượng vật chất

6

1.5 Các thiết bị mô phỏng

10

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG HTĐ

11

2.1 Cấu tạo chung của thiết bị mô phỏng hệ thống điện

11

2.2 Các chức năng ứng dụng của TBMP hệ thống điện

13

2.2.1 Chức năng nghiên cứu trạng thái của HTĐ thông qua tác động điều khiển

13

2.2.2 Nghiên cứu hiệu quả tác động của các phơng tiện điều chỉnh, điều khiển

14

2.2.3. Chức năng mô phỏng hệ thống điện phức tạp bằng mô hình lai

14

2.3 Những khó khăn khi thực hiện thiết bị mô phỏng

14

2.4 Giới thiệu thiết bị mô phỏng xây dựng tại phòng thí nghiệm của bộ môn
15
Hệ Thống Điện

CHƯƠNG III

2.4.1 Máy tính cá nhân

16

2.4.2 Bàn điều khiển

16

2.4.3 Card chuyển đổi tín hiệu số

18

2.4.4 Giao diện người dùng

19

2.5 Cấu trúc và trao đổi thông tin trong thiết bị mô phỏng

21

2.6 Phương pháp tính toán nhanh CĐXL của hệ thống điện

23

PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ
XÁC LẬP HTĐ TRONG THIẾT BỊ MÔ PHỎNG

30

3.1 Mô hình các phần tử của hệ thống điện

31

3.1.1 Mô hình các đường dây trên không và cáp

32

3.1.2 Mô hình các máy biến áp

36

3.1.3 Mô hình kháng điện và tụ điện

37


3.1.4 Mô hình phụ tải

37

3.1.5 Mô hình phụ tải cung cấp qua máy biến áp điều áp dưới tải

39

3.1.6 Máy phát điện

40

3.2 Các hệ phương trình chế độ xác lập

CHƯƠNG IV

CHƯƠNG V

41

3.2.1 Hệ phương trình cân bằng dòng nút

41

3.2.2 Hệ phương trình cân bằng công suất nút

44

3.3 Biến số của hệ phương trình CĐXL

45

3.4 Phương pháp tính toán

47

3.4.1 Yêu cầu đối với phương pháp tính toán

47

3.4.2 Phương pháp Newton-Raphson

48

3.4.3 Tính dòng công suất bằng phương pháp Newton-Raphson

50

3.5. Xử lý dữ liệu động trên màn hình đồ hoạ cho sơ đồ hệ thống điện

52

GIAO TIẾP, TRAO ĐỔI VÀ XỬ LÝ THÔNG TIN

54

4.1 Sơ đồ hoạt động trao đổi thông tin trong thiết bị mô phỏng

54

4.2 Xử lý thông tin điều khiển, cập nhật file dữ liệu

55

4.3 Định vị thông tin điều khiển

60

4.3.1 Định vị tín hiệu thông tin của các biến trở

62

4.3.2 Định vị tín hiệu thông tin của các nút bấm

63

4.4 Xử lý trong chương trình tính toán và phân tích chế độ hệ thống

64

4.5 Xử lý kết quả và thông tin hiển thị (sơ đồ động Hệ thống điện)

67

MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG THIẾT BỊ MÔ PHỎNG

70

5.1 Miền vận hành cho phép của đường dây 500kV Bắc-Nam

70

5.1.1 Sơ đồ tính toán

70

5.1.2 Nhận xét

71

5.2 Hiện trạng vận hành Hệ thống điện Việt nam

73

5.2.1 Sơ đồ tính toán

73

5.2.2 Nhận xét

73

KẾT LUẬN

79

PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

81

TÀI LIỆU THAM KHẢO

112

Më ®Çu

1

MỞ ĐẦU

Tính toán, phân tích các chế độ của hệ thống điện nói chung và chế độ xác lập
nói riêng, có ý nghĩa hết sức quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống điện.
Cơ sở tính toán chế độ xác lập là giải hệ phương trình cân bằng công suất nút.
Đây là hệ phương trình phi tuyến có nhiều biến số nên cần phải có các phương
pháp và công cụ tính toán, phân tích hệ thống phù hợp.
Nhờ những tiến bộ vượt bậc trong kỹ thuật máy tính, đặc biệt là tốc độ xử lý và
ưu điểm của cấu trúc ngôn ngữ lập trình bậc cao, khả năng thực thi đa tuyến
trong môi trường xử lý đơn của hệ điều hành Windows, ta có thể xác lập, phân
tích và theo dõi các quá trình, hiện tượng phức tạp xảy ra trong hệ thống thực
bằng các thiết bị mô phỏng. Nhằm mục đích mở rộng khả năng ứng dụng công
cụ tiên tiến này trong thiết kế và vận hành hệ thống điện, luận văn thạc sỹ được
thực hiện với đề tài:
Xây dựng phần mềm giao diện và xử lý thông tin trong thiết bị mô phỏng
tính toán chế độ xác lập hệ thống điện
Luận văn bao gồm các nội dung chính sau:
• Xây dựng một hệ thống liên kết giữa phần mềm tính toán CĐXL của
HTĐ (mô hình toán) với mô hình vật lý các phương tiện điều khiển tạo
ra TBMP có khả năng tính toán, phân tích nhanh CĐXL của HTĐ;
• Nghiên cứu thuật toán xử lý và định vị thông tin điều khiển cho TBMP
nhằm mở rộng khả năng ứng dụng của TBMP đối với HTĐ có cấu trúc
phức tạp bất kỳ;
• Xây dựng phần mềm giao diện và hiển thị sơ đồ hoạt động on-line cho
TBMP;

2

Më ®Çu

• Thực hiện một số nội dung tính toán, phân tích cụ thể cho sơ đồ HTĐ
Việt Nam giai đoạn 2005-2010.
Luận văn được kết cấu thành 5 Chương. Chương 1 trình bày khái quát về mô
hình hoá hệ thống. Những vấn đề chung về Thiết bị mô phỏng hệ thống điện
được thể hiện trong Chương 2. Chương 3 đề cập phần mềm tính toán chế độ xác
lập trong Thiết bị mô phỏng. Chương 4 trình bày nội dung thiết lập giao diện,
trao đổi và xử lý thông tin trong Thiết bị mô phỏng và cuối cùng là một số kết
quả ứng dụng Thiết bị mô phỏng được trình bày trong Chương 5.
Các kết quả của luận văn có thể được sử dụng không chỉ để tính toán, phân tích
trong thiết kế, vận hành hệ thống điện một cách tiện lợi, hiệu quả hơn mà còn
góp phần phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học các vấn đề có nội dung liên
quan.
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, tạo mọi điều kiện thuận lợi và
hướng dẫn tận tình của GS.TS. Lã Văn Út cùng sự giúp đỡ quý báu của toàn thể
các thầy cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện trong suốt quá trình thực hiện luận
văn.


Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

3

Chương 1

Khái quát về mô hình hoá hệ thống
1.1 Yêu cầu về tính toán, phân tích các chế độ của hệ thống điện

Tính toán, phân tích các chế độ của hệ thống điện (HTĐ) nói chung và chế độ
xác lập (CĐXL) nói riêng, có ý nghĩa hết sức quan trọng trong công tác thiết kế
và vận hành. Chỉ sau khi tính toán, phân tích hàng loạt các tình huống chế độ
khác nhau - ở điều kiện làm việc bình thường cũng như trong các điều kiện sự
cố, người thiết kế hệ thống mới có thể đưa ra quyết định cuối cùng về lựa chọn
phương án. Trong thiết kế dài hạn (quy hoạch phát triển), còn có thể phải thực
hiện các tính toán tương ứng với sự thay đổi cấu trúc hệ thống theo thời gian (10
- 20 năm), khối lượng tính toán sẽ rất lớn nếu xét đến đầy đủ mọi phương án cần
quan tâm. Có những cách khác nhau được áp dụng nhằm giảm bởi khối lượng
tính toán (như liệt kê các tình huống điển hình, suy diễn tương quan, phân tích
giới hạn ...). Những phương pháp này có thể đem lại hiệu quả đáng kể nhưng
cũng có thể dẫn đến hiện tượng "lọt lưới" tình huống, bỏ sót phương án cần xét.
Trong vận hành, cấu trúc hệ thống ít thay đổi nhưng số lượng tình huống cần can
thiệp, xử lý lại diễn ra thường xuyên, vì thế công việc tính toán phân tích hệ
thống đòi hỏi rất nhiều, đồng thời còn yêu cầu phải đủ nhanh, kịp thời, để có thể
đưa ra được những quyết định đúng đắn, gần với giải pháp tối ưu cho mỗi trường
hợp cụ thể.
Mặt khác, với sự phát triển không ngừng về kinh tế, xã hội, nhu cầu sử dụng điện
năng tăng cao, hệ thống điện của mỗi quốc gia cũng không ngừng tăng trưởng,
cả về quy mô công suất lẫn tính phức tạp của sơ đồ. Các hệ thống điện nhỏ có
tính chất khu vực (miền) được hợp nhất thành HTĐ thống nhất (trong phạm vi
quốc gia). Tiếp đến, HTĐ nhiều nước được liên kết trong mô hình HTĐ phức


4

Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

tạp, có ý nghĩa quốc tế (liên quốc gia). Trong bối cảnh như vậy, các phương
pháp và công cụ tính toán phân tích hệ thống ngày càng có ý nghĩa quan trọng
hơn, trở thành một bộ phận không thể tách rời của HTĐ, gắn liền với các yêu cầu
nhất thiết để đảm bảo cho sự hoạt động bình thường của hệ thống.
Đối với HTĐ Việt Nam, sự tăng trưởng nhảy vọt về quy mô công suất và mở
rộng không ngừng về phạm vi lưới cũng đã dẫn đến yêu cầu phải hợp nhất hệ
thống Bắc-Trung-Nam (năm 1995). Sự hợp nhất này đã tạo ra những điều kiện
hết sức thuận lợi cho sự phát triển các chủng loại và quy mô nguồn, đẩy nhanh
quá trình điện khí hoá, cung cấp điện đến mọi miền đất nước, đồng thời cho phép
phát huy hiệu quả các ưu thế của hệ thống điện lớn (nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện, khai thác phối hợp tối ưu các nguồn ...). Tuy nhiên, sự hợp nhất hệ
thống cũng đặt ra hàng loạt những vấn đề phức tạp về kinh tế-kỹ thuật cần phải
được quan tâm giải quyết như: vấn đề vận hành an toàn các trang thiết bị, vấn đề
ổn định hệ thống, vấn đề phát triển và khai thác tối ưu công suất nguồn ... Tất cả
các nội dung này đều phải thực hiện một khối lượng lớn những tính toán, phân
tích hệ thống. Các công cụ tính toán phải đủ tin cậy, chuẩn xác và có năng suất
cao.
1.2 Vấn đề sử dụng mô hình trong nghiên cứu, phân tích hệ thống

Xét cho cùng thì mọi phương pháp nghiên cứu, phân tích hệ thống đều phải dựa
trên cơ sở mô hình hoá. Bởi vì ít có khả năng thực hiện các nghiên cứu trực tiếp
trên đối tượng thực đang hoạt động - hoặc là vì hệ thống thực chưa tồn tại (giai
đoạn thiết kế, vạch phương án), hoặc bởi các điều kiện thực tế không cho phép
tiến hành các thao tác, thực nghiệm. Mọi tính toán, phân tích cần được thực hiện
trên mô hình (theo nghĩa rộng), nghĩa là thực hiện trên một đối tượng tương tự
với đối tượng thực sẽ hoặc đang tồn tại. Lý thuyết về các tiêu chuẩn tương tự và
mô hình đã được nghiên cứu trong hàng loạt các công trình khác nhau, trong đó
vấn đề lựa chọn cách thức biểu diễn mô hình và phương pháp mô hình hoá có ý

Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

5

nghĩa quan trọng đặc biệt. Ngoài ra, để vận dụng hiệu quả các phương pháp cần
phân biệt rõ các khái niệm về mô hình, đặc điểm và cách phân loại.
Cũng cần nói thêm là, khái niệm mô hình (tiếng Anh: model, tiếng Pháp:
modelle, tiếng Đức: modell, tiêng Ý: modello, tiếng Nga: ỡợọồởỹ ...) hiện nay
được mở rộng hơn rất nhiều - như một khái niệm về phương pháp nghiên cứu
phân tích hệ thống so với ban đầu (hình mẫu). Giáo sư V. A. Venikov đã tổng
kết các khái niệm về mô hình hiện đại và phân loại theo những cách khác nhau
như trên hình 1.1.
MÔ HÌNH HỆ THỐNG

A. Đầy đủ

B. Từng khía cạnh
C. Gần đúng

.Tiền định
t1. Trong thời gian thực
I. Ý thức

II. Vật chất
t2. Trong thời gian thay đổi
. Ngẫu nhiên

Hình 1.1. Phân loại mô hình.

• Theo yêu cầu nghiên cứu được chia ra: mô hình đầy đủ, mô hình từng
khía cạnh (không đầy đủ), mô hình gần đúng. Mô hình gần đúng có thể
bao trùm lên cả hai kiểu: mô hình đầy đủ hoặc từng phần;

Mô hình lai

Mô hình số

Mô hình cấu trúc

Mô hình tương tự

3. Toán học
Không gian thời gian

Trong không gian

Trong thời gian

2. Vật lý

Quy trình sản xuất

Khái quát thông số

Sản xuất thử nghiệm

1. Tự nhiên

Mô hình kinh tế

Lời giải chương
trình

Sơ đồ thay thế

3. Toán học

Ký hiệu graph

Ký hiệu topo

Ký hiệu quy ước

2. Ký hiệu

Sơ đồ

Hình ảnh

Giả định

1. Minh hoạ


6

Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

• Theo bản chất của đối tượng có hai loại: ý thức và vật chất;

• Theo quá trình hoạt động có các mô hình: tiền định, ngẫu nhiên, trong thời
gian thực, trong thời gian thay đổi (co, giãn);
• Theo phương pháp mô phỏng: minh hoạ, ký hiệu, toán học, vật lý, tự
nhiên;
• Theo hình thức mô phỏng: mô hình tương tự, mô hình số, sơ đồ thay thế,
mô hình thu nhỏ trong không gian, thời gian...
1.3 Một số đặc điểm của mô hình

1. Theo mục đích và yêu cầu nghiên cứu có thể thực hiện mô hình đầy đủ hoặc
mô hình từng khía cạnh của đối tượng, nói chung cần nhận biết và chấp nhận
tính gần đúng của mô hình.
Ở đây cần đặc biệt nhấn mạnh là việc thực hiện mô hình không đầy đủ và
gần đúng đối tượng không phải bao giờ cũng là hạn chế của phương pháp mô
hình. Việc lược bỏ những yếu tố không gây ảnh hưởng hoặc gây ảnh hưởng
không đáng kể đến hoạt động của đối tượng sẽ cho phép không những thực
hiện các nghiên cứu đơn giản hơn mà còn thể hiện mạch lạc rõ ràng hơn các
đặc điểm cần quan tâm, thậm chí nâng cao độ chính xác của nội dung nghiên
cứu. Ví dụ khi nghiên cứu về ổn định động hệ thống điện, có thể bỏ qua ảnh
hưởng của thành phần xoay chiều trong dòng điện của roto máy phát (dòng
kích từ). Thành phần này xuất hiện do cuộn dây kích từ có cảm ứng với
thành phần tự do tồn tại ở thời gian ngắn ban đầu của dòng điện stator máy
phát. Nó chỉ gây ra mô men rung nhỏ ở giai đoạn đầu trên trục quay, không
ảnh hưởng đến đặc trưng ổn định hệ thống (vì momen trung bình không thay
đổi).
Khi mô tả đầy đủ thành phần này, không những cấp phương trình vi phân
của quá trình quá độ (QTQĐ) trong mô hình toán tăng cao mà trong kết quả
còn thể hiện ra những đặc trưng rất phức tạp, không đáng quan tâm (hình


Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

7

1.2). Những đặc trưng phụ còn ảnh hưởng (gây rối) đến việc nhận dạng phân
tích các đặc trưng chính của quá trình đang cần quan tâm.

I, Eq

I, Eq

t

t

M

M

t

t





ổn định

ổn định

0

0
t

t

a) Mô hình đầy đủ

a) Mô hình đơn giản hoá
Hình 1.2

Cũng cần nói thêm về khái niệm chính xác của mô hình. Rõ ràng (theo
những nội dung vừa nêu) độ chính xác của mô hình không đồng nghĩa với độ
trùng khít của mọi kết quả đưa ra với mọi diễn biến trong đối tượng thực.
Vấn đề là, kết quả của mô hình cần phản ánh đúng bản chất của đối tượng
mà con người đang quan tâm nghiên cứu. Sai số được coi là thoả mãn khi mô


8

Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

hình luôn luôn đảm bảo được tính đúng đắn của các kết luận đưa ra về bản
chất hoạt động của đối tượng theo mục tiêu nghiên cứu.
2. Cùng một mô hình có thể mô phỏng các đối tượng khác nhau, ngược lại cùng
một đối tượng có thể áp dụng các mô hình khác nhau.
Đây chính là tính năng khái quát hoá của mô hình. Nhờ đặc điểm này mà mô
hình trở thành phương tiện hiệu quả trong nghiên cứu, phân tích hệ thống.
3. Cùng một đối tượng, cùng loại mô hình, nội dung thiết lập cụ thể cho mô

hình ứng dụng có thể khác nhau.
Đặc điểm này thực chất là hệ quả của hai đặc điểm trên. Đó là vì, tuỳ theo
mục đích nghiên cứu, khía cạnh cần quan tâm của đối tượng sẽ liên quan đến
những yếu tố khác nhau của mô hình. Trong mỗi trường hợp cụ thể, một số
yếu tố được xác định là rất ít có ảnh hưởng đến nội dung quan tâm có thể bỏ
qua, nhưng chính những yếu tố này lại có thể trở thành rất quan trọng đối với
các trường hợp xét khác, nhất thiết phải được đưa vào. Thậm chí mô hình rất
khác nhau ở từng giai đoạn của cùng một quá trình (hình 1.3).

X1

X3d

X1
X2

a) Giai đoạn siêu quá độ

Xad

X1
X2

b) Giai đoạn quá độ

Xad

Xad

a) Giai đoạn xác lập sau sự cố

Hình 1.3.Mô hình mạch điện và mạch từ máy phát điện trong các giai
đoạn khác nhau sau khi ngắn mạch

1.4 Các dạng mô hình của đối tượng vật chất


Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

9

Mô hình tự nhiên, mô hình vật lý có tỉ lệ, mô hình toán, mô hình lai là các dạng
mô hình ứng dụng cho các đối tượng vật chất.
- Mô hình tự nhiên thực chất là một sản phẩm gốc được sử dụng cho mục đích
nghiên cứu. Mô hình này có thể áp dụng cho những đối tượng vật lý không phức
tạp lắm, kích thước tương đối nhỏ và có điều kiện hoạt động thử nghiêm. Ưu
điểm của mô hình này là ở tính xác thực về kết cấu, do đó dễ có điều kiện thực
hiện dạng đầy đủ của mô hình. Tuy nhiên, theo mục tiêu nghiên cứu người ta
cũng có thể thực hiện ở dạng từng phần (theo chức năng hoạt động). Nhược
điểm của mô hình này là phạm vi ứng dụng rất hạn chế, bởi đa số các đối tượng
hoặc chưa tồn tại hoặc không cho phép các thử nghiệm, đo đạc.
- Mô hình vật lý có tỉ lệ (thu nhỏ, phóng to), thực chất là một cấu trúc vật chất
tương tự với đối tượng được nghiên cứu. Các tiêu chuẩn và nguyên lý tương tự
trong trường hợp này có ý nghĩa quyết định chất lượng của mô hình. Về hình
thức, hai cấu trúc vật chất (nguyên gốc và mô hình) có thể tương tự hoặc khác
hẳn nhau nhưng tính tương tự về các hiện tượng được quan tâm nghiên cứu thì
nhất thiết phải được đảm bảo với độ chính xác cần thiết (theo ý nghĩa đã nêu).
Ưu điểm của mô hình vật lý có tỉ lệ cũng ở khả năng phản ảnh xác thực đầy đủ
các hiện tượng diễn ra trong đối tượng (hệ thống). Nhược điểm chủ yếu của loại
này là ở khâu chế tạo thực hiện, đảm bảo các định luật tương tự trong mô hình,

nhất là đối với các hệ thống phức tạp. Nhược điểm này cũng dẫn đến hạn chế
nhiều về khả năng ứng dụng.
- Mô hình toán thực chất là dựa vào các cách mô tả toán học các hiện tượng, quá
trình diễn ra trong đối tượng nghiên cứu. Mức độ đầy đủ và chính xác của mô
hình phụ thuộc rất nhiều vào hiểu biết ban đầu của người sử dụng đối với đối
tượng nghiên cứu. Sẽ có thể có nhiều sai số và sai sót chủ quan không lường hết
được của người nghiên cứu. Tuy nhiên, ưu điểm cơ bản nhất của mô hình này là
ở tính vạn năng. Mọi hiện tượng, mọi quá trình diễn ra trong các đối tượng (đơn
giản, phức tạp) nói chung đều có thể mô tả bằng toán học (hệ phương trình, bất


10

Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

phương trình, quan hệ lôgic, ... với các biến thời gian, không gian, các yếu tố tiền
định, ngẫu nhiên). Dựa trên cơ sở đó có thể xây dựng mô hình thực hiện. Có hai
loại mô hình thực hiện chủ yếu cho mô hình toán: mô hình số và mô hình tương
tự. Mô hình số thực hiện giải hệ mô tả toán học trên máy tính số để xác định số
đo của các biến đặc trưng. Quá trình giải kết thúc tương đương với việc thực
hiện một phép thử trên đối tượng nghiên cứu. Kết quả nhận được là những thông
tin cần thiết để đánh giá, phân tích đối tượng. Mô hình tương tự thực hiện giải hệ
mô tả toán học thông qua hoạt động của một cấu trúc mạch điện tử bao gồm các
phần tử biến đổi khác nhau nối theo những cách nhất định. Các phần tử của
mạch thể hiện các quan hệ hàm toán học giữa các biến trong mô hình, còn cấu
trúc mạch thể hiện các quan hệ ràng buộc theo hoạt động có tính chất hệ thống
của đối tượng. Kết quả của mô hình số và mô hình tương tự trong trường hợp
này có ý nghĩa tương đương bởi cùng dựa trên một mô tả toán học. Sự khác nhau
chỉ ở khả năng thực hiện. Trong thời đại hiện nay, với sự tiến bộ vượt bậc về kỹ
thuật máy tính, mô hình số thường thể hiện khả năng ứng dụng vượt trội trong

thực hiện mô hình toán. Thực hiện trên các mạch tương tự ít được sử dụng hơn.
Bên cạnh ưu điểm của mô hình toán như đã nêu, nhược điểm cơ bản của mô hình
này là tính phụ thuộc chủ quan. Khi đối tượng chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng
thì các mô tả toán học được thiết lập bởi người sử dụng dễ có nhiều thiếu sót.
Hơn nữa, các mô tả về không gian, thời gian có thể khác nhiều so với các đối
tượng thực tế. Một hiện tượng diễn ra trong vài giây ở đối tượng thực có thể phải
tính toán hàng giờ trên máy tính.
- Mô hình lai (Hybrid) là dạng kết hợp giữa mô hình vật lý và mô hình toán.
Một phần cấu trúc hệ thống được xây dựng theo mô hình vật lý (tự nhiên hoặc tỉ
lệ) nối liên kết với máy tính (có chứa mô hình toán của phần còn lại). Vấn đề
then chốt cần giải quyết trong mô hình này là thông tin trao đổi qua cổng nối.
Các thông tin trao đổi phải được thực hiện đồng bộ và đầy đủ tương tự như trao
đổi giữa hai nửa mô hình cùng loại. Ví dụ, trường hợp đơn giản nhất, điện áp nút


Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

11

và dòng điện liên thông là các thông tin liên kết giữa mô hình vật lý và mô hình
toán. Khi đó nút liên kết của mô hình vật lý cần được nối với phần tử tạo dòng
(điều khiển được). Mô hình toán (của một nửa mô hình) được thực hiện theo chu
kỳ (đủ nhanh), trong đó thông tin về điện áp nút là một số liệu cần thiết. Trước
mỗi chu kỳ tính, điện áp đo được tại nút liên kết (trên mô hình vật lý) được biến
đổi gần như tức thời thành tín hiệu số và cập nhật vào ô nhớ máy tính chứa thông
tin này. Quá trình ngược lại, kết quả tính toán về dòng liên thông, cùng với các
đạo hàm của chúng được biến đổi sang tín hiệu Analog và sử dụng làm các tín
hiệu điều khiển phần tử tạo dòng. Thực chất mô hình toán đã tính toán và xác
định quy luật biến thiên của dòng điện liên thông cho mô hình vật lý, ngược lại
mô hình vật lý cung cấp thông tin về điện áp nút cần thiết cho mô hình toán. Khi

dòng và áp liên thông diễn biến tương tự như trên đối tượng thực thì độ chính
xác của mô hình lai (tổng thể) được đảm bảo. Khó khăn thường nằm trong phần
phối hợp thời gian, đảm bảo tính đồng bộ của quá trình trao đổi thông tin. Quá
trình vật lý thường diễn ra nhanh trong khi tốc độ tính toán phụ thuộc vào độ
phức tạp của mô hình và máy tính.

1

2

t
t0

t1

t2

Hình 1.4


12

Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

Trong kỹ thuật xử lý hiện nay, để giải quyết khó khăn trên thường có hai nội
dung được quan tâm phối hợp: phương pháp tiệm cận hoá thông tin liên kết và
tăng tốc độ xác định lời giải của mô hình toán.
Tại thời điểm t0 nếu sử dụng thông tin dòng điện và đạo hàm cấp 1 của nó thì độ
chính xác tạo dòng có thể đảm bảo đến t1 (hình 1.4). Nếu sử dụng thêm đạo hàm
cấp 2, độ chính xác tiệm cận có thể kéo dài đến t2, tuy nhiên thời gian tính (trong

phần mô hình toán) lại bị kéo dài (thậm chí vượt quá t 2). Lựa chọn phối hợp tối
ưu giữa chu kỳ tính và phương pháp tiệm cận thường cho phép thoả mãn được
các yêu cầu về sai số và khả năng đồng bộ của mô hình lai. Ngoài ra, việc giảm
thời gian tính toán còn là một yếu tố quyết định khả năng áp dụng của mô hình
lai. Thật vậy, nếu thời gian tính lớn thì không thể chọn được cách tiệm cận nào
thoả mãn được t1 hay t2 trong mô hình trên (sẽ trình bày thêm trong chương1).
Ưu điểm nổi bật của mô hình lai là khả năng mô phỏng hệ thống phức tạp. Thử
nghiệm hoạt động của các thiết bị thực làm việc trong hệ phức tạp có thể giải
quyết được trong mô hình lai, khi mà sử dụng thuần tuý mô hình toán hoặc mô
hình vật lý gặp rất nhiều khó khăn. Tuy nhiên, xây dựng các mô hình lai lại đòi
hỏi một trình độ chuyên môn rất cao đối với người thiết kế và vận hành mô hình.
1.5 Các thiết bị mô phỏng

Về phương diện lý thuyết, thiết bị mô phỏng (Simulator) không nằm trong các
dạng cơ bản của mô hình, bởi nó là ứng dụng tổ hợp của các loại mô hình vừa
nêu nhằm phục vụ cho những mục đích nghiên cứu cụ thể. Thiết bị mô phỏng
(TBMP) gắn liền với tác động điều khiển của con người nên đôi khi còn gọi là
mô hình điều khiển (Cybernetic). Trong TBMP mục tiêu ứng dụng được đưa lên
hàng đầu và được lấy làm tiêu chuẩn thiết kế. Về cấu trúc, bộ phận quan trọng
nhất là mô phỏng các thông tin điều khiển. Bộ phận này có nội dung tương tự
như phần vật lý trong mô hình lai. Phần hiển thị và giao diện thường có tầm
quan trọng đặc biệt (khác với các loại mô hình khác). Một ví dụ, thiết bị mô


Ch-¬ng 1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh ho¸ hÖ thèng

13

phỏng huấn luyện lái xe. Mục tiêu: tạo khả năng luyện tập cho người tập lái.
Phần mô hình vật lý: các vị trí tay lái và chân phanh. Phần mô hình trong máy

tính: tạo tình huống theo thông tin tác động của người điều khiển.
Như vậy, thiết bị mô phỏng gần với một công cụ hơn là một phương tiện nghiên
cứu mặc dù về cấu tạo TBMP là sự ứng dụng kết hợp của các loại mô hình.


Ch-¬ng 2. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ ThiÕt bÞ m« pháng hÖ thèng ®iÖn

13

Chương 2

Những vấn đề chung về thiết bị
mô phỏng hệ thống điện
Nhiệm vụ chính của đề tài luận văn là thực hiện các nội dung về phần mềm giao
diện, thiết lập, trao đổi và xử lý các thông tin điều khiển và hiển thị cho TBMP.
Để thực hiện các phần này cần phải hiểu cặn kẽ nguyên lý hoạt động của TBMP,
cả về phần cứng (điều khiển) và phần mềm tính toán. Chương này sẽ trình bày
sơ lược (có tính chất giới thiệu) các nội dung trên. Phương pháp tham số nhỏ
được giới thiệu ở phần cuối thể hiện nguyên lý đơn giản nhất (nhưng có ý nghĩa
phổ biến) làm giảm thời gian tính cho các phần mềm phân tích chế độ hệ thống.
2.1. Cấu tạo chung của thiết bị mô phỏng hệ thống điện

So với các đối tượng khác, hệ thống điện có những thuận lợi và khó khăn riêng
khi xây dựng TBMP. Thuận lợi cơ bản nhất là các thông tin vốn có trong đối
tượng đã là các tín hiệu điện, nhờ thế quá trình nhận dạng và biến đổi thông tin
có thể thực hiện tương đối dễ dàng (gần như bỏ qua được các bộ phận cảm biến).
Ngược lại, tính phức tạp của sơ đồ, tính đa dạng của các quá trình diễn ra trong
hệ thống lại làm cho bài toán phức tạp hơn. Trong trường hợp chung, TBMP hệ
thống điện có thể bao gồm các khâu như trên hình 2.1.
Hệ thống thực

(đang hoạt động)

Máy tính
(mô hình toán)

Bảng chỉ thị
(sơ đồ động)

A/D
D/A

Người sử dụng
Hình 2.1

Mô hình vật lý
và
các thiết bị ĐK


14

Ch-¬ng 2. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ ThiÕt bÞ m« pháng hÖ thèng ®iÖn

Phần cơ bản nhất của thiết bị là mô hình vật lý nối với máy tính điều khiển qua
bộ biến đổi thông tin hai chiều A/D và D/A. Về cấu tạo phần này gần giống với
mô hình lai. Trên mô hình vật lý có thể bao gồm các thiết bị thực, mô hình thu
nhỏ của một số phần tử của HTĐ và các phần tử tạo thông tin điều khiển. Các
phần tử có thể hoạt động rời rạc hoặc nối liên kết với nhau tuỳ theo mục đích
nghiên cứu. Đây cũng là đặc điểm khác biệt của TBMP với mô hình lai. Các
phần tử tạo thông tin điều khiển (gọi tắt là các phần tử điều khiển) trong TBMP

có ý nghĩa hết sức quan trọng, nó tạo điều kiện cho người sử dụng có thể tác
động on-line vào mô hình toán HTĐ. Ví dụ, bằng các thao tác đóng cắt (khoá
điều khiển) có thể thay đổi sơ đồ hệ thống tương tự như đóng cắt các phần tử của
sơ đồ (đường dây, máy biến áp, máy phát điện, kháng điện, tụ điện ... ). Thao tác
điều chỉnh (chiết áp) có thể tạo tín hiệu thay đổi liên tục trị số công suất nguồn,
phụ tải các nút hoặc toàn hệ thống ... Các phần tử điều khiển là bộ phận không
thể thiếu của TBMP (trong khi có thể không có các phần tử khác).
Phần máy tính cùng với phần mềm tính toán, khi sử dụng riêng biệt đã tương
đương với các phần mềm tính toán phân tích hệ thống làm việc off-line. Khi làm
việc với TBMP các chức năng giao diện cần được thiết kế mở rộng hơn. Bởi vì,
một trong những ưu thế của TBMP chính là khả năng liên kết "con người-máy".
Các kết quả của mô hình cần được thể hiện ở dạng hiệu quả nhất cho mục đích
ứng dụng (thường là bằng trực quan). Ví dụ, hiệu quả thao tác đóng cắt cần được
thể hiện tức thời bằng đổi mầu máy cắt trên sơ đồ; hệ số mang tải của các đường
dây, máy biến áp thể hiện bằng biến đổi mầu theo quy ước. Chẳng hạn, đường
dây chuyển từ non tải sang quá tải tương ứng với sự thay đổi mầu từ xanh nhạt
sang đỏ tía ... giúp người sử dụng có thể đánh giá nhanh được trạng thái làm việc
của sơ đồ. Ngoài ra, máy tính điều khiển còn phải thực hiện chức năng không
kém phần quan trọng là trao đổi thông tin qua cổng liên kết. Chức năng này
thường được thực hiện bằng các module chương trình riêng.


Ch-¬ng 2. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ ThiÕt bÞ m« pháng hÖ thèng ®iÖn

15

Trong trường hợp chung như trên sơ đồ, TBMP có khả năng nối với HTĐ thực
thông qua các thiết bị SCADA (nếu đặt tại các Trung tâm điều độ HTĐ). Khi đó
khả năng cập nhật thông tin để nghiên cứu on-line cho HTĐ thực tế sẽ được mở
rộng. Như vậy, khác với SCADA thông thường, trong TBMP còn có khả năng

hiển thị các thông tin đầy đủ hơn (từ kết quả tính toán) ngoài các thông tin do đo
lường nhận được.
2.2. Các chức năng ứng dụng của TBMP hệ thống điện

Từ cấu trúc vừa nêu dễ thấy được các chức năng ứng dụng rất hiệu quả của thiết
bị mô phỏng.
2.2.1. Chức năng nghiên cứu trạng thái của HTĐ thông qua tác động điều khiển

Đây là chức năng áp dụng phổ biến nhất của TBMP. Bằng các tác động từ bàn
điều khiển, người sử dụng có thể nghiên cứu hàng loạt các tình huống chế độ mà
bằng các tính toán thông thường khó có thể thực hiện hết được. Có hai loại thông
tin điều khiển được tạo ra từ bàn điều khiển: các tín hiệu rời rạc (digital) và các
tín hiệu thay đổi liên tục (analog) trong phạm vi nhất định. Cần định vị các thông
tin này cho các phần tử (trước khi tiến hành thí nghiệm) trong phần mềm điều
khiển. Mỗi thí nghiệm tình huống có thể được thực hiện bằng thao tác tạo ra một
tổ hợp tương ứng các thông tin thay đổi. Ví dụ cắt máy cắt hai đầu một đường
dây, nâng đầu phân áp, giảm công suất nhà máy - tương ứng với thay đổi 3 thông
tin rời rạc, 1 thông tin liên tục. Rõ ràng tổ hợp các tình huống tính toán có thể rất
nhiều, có thể ứng dụng cho sơ đồ phức tạp bất kỳ. Vấn đề xử lý và định vị các
thông tin điều khiển trong chức năng này có ý nghĩa rất quan trọng (xem chi tiết
hơn trong chương 4).
2.2.2. Nghiên cứu hiệu quả tác động của các phương tiện điều chỉnh, điều khiển

Tác động điều chỉnh, điều khiển của nhiều thiết bị tự động lắp đặt trong HTĐ có
thể mô tả được trong mô hình toán, tuy nhiên hiệu quả làm việc của chúng không
dễ có thể quan sát được. Đó là vì chúng chỉ tác động trong những tình huống


16

Ch-¬ng 2. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ ThiÕt bÞ m« pháng hÖ thèng ®iÖn

nhất định và thể hiện hiệu quả khi thông số hệ thống biến thiên liên tục. Thiết bị
mô phỏng cho phép nghiên cứu rất thuận lợi trong trường hợp này, ví dụ hiệu
quả giữ điện áp nút của SVC, tác động của thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân
áp dưới tải, các máy biến áp điều chỉnh pha làm việc ..., thí nghiệm xác định khả
năng tải của các đường dây theo điều kiện ổn định tĩnh ... Một số kết quả bước
đầu nghiên cứu về nội dung này sẽ được trình bày trong chương 5.
2.2.3. Chức năng mô phỏng hệ thống điện phức tạp bằng mô hình lai

Về nguyên tắc TBMP có thể đảm nhận chức năng như mô hình lai. Khi đó có thể
tiến hành thử nghiệm các thiết bị thực (tác động của rơ-le trong HTĐ phức tạp,
nghiên cứu hiệu quả các thiết bị điều chỉnh, điều khiển). Tuy nhiên, việc thực
hiện chức năng này có rất nhiều khó khăn (xem phần dưới), không dễ tạo ra
được các điều kiện tương tự cho mô hình.
2.3. Những khó khăn khi xây dựng thiết bị mô phỏng

Xây dựng TBMP theo mô hình chung trên hình 2.1 có nhiều khó khăn. Bởi vì
nói chung quá trình biến đổi ngược D/A đòi hỏi các thiết bị khá phức tạp. Để
một phần tử vật lý hoạt động giống như nằm trong hệ thống ngoài việc đảm bảo
các thông tin liên kết còn phải đảm bảo tính tương tự về công suất. Chế tạo các
bộ khuếch đại và điều khiển công suất đưa đến từ nguồn ngoài thường phức tạp
hơn nhiều so với các bộ biến đổi thông tin. Với lý do trên, TBMP chế tạo tại bộ
môn Hệ thống điện, trường Đại học Bách khoa Hà nội được thiết kế chủ yếu
theo hướng biến đổi A/D .
2.4. Giới thiệu thiết bị mô phỏng xây dựng tại phòng thí nghiệm của bộ môn
Hệ thống điện

Trường hợp đơn giản nhất, thiết bị mô phỏng hệ thống điện chỉ bao gồm hướng
biến đổi thông tin A/D (tương tự - số) (hình 2.2). Khi đó thiết bị bao gồm: bàn

điều khiển có bảng hiển thị, một card biến đổi tương tự-số (A/D card) và một


Ch-¬ng 2. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ ThiÕt bÞ m« pháng hÖ thèng ®iÖn

17

máy tính cá nhân có phần mềm tính toán và màn hình giao diện với người sử
dụng (màn hình đồ hoạ). Thiếu mạch nối với hệ thống thực làm giảm bớt khả
năng cập nhật thông tin on-line từ HTĐ thực, và các nghiên cứu on-line cho
HTĐ đang vận hành. Tuy nhiên, chức năng này rất dễ có thể bổ sung khi cần
thiết. Thiếu chiều biến đổi D/A, như trên đã nêu sẽ làm giảm khả năng thử
nghiệm hoạt động của các phần tử vật lý trong sơ đồ HTĐ. Thực tế TBMP trong
trường hợp này không có khả năng hoạt động theo mô hình lai. Đó cũng là hạn
chế chính của TBMP đã được xây dựng tại bộ môn.
Mục đích chủ yếu được đặt ra là thực hiện tính toán nhanh hàng loạt các tình
huống chế độ của HTĐ trên TBMP, tiến hành được các thí nghiệm tương ứng
với sự thay đổi liên tục về thông số chế độ. Trên cơ sở đó đánh giá độ tin cậy
làm việc của sơ đồ. Đặc biệt có thể nghiên cứu hiệu quả của các trang thiết bị
mới như các thiết bị FACTS trong sơ đồ HTĐ Việt Nam.

Bảng chỉ thị
(Sơ đồ động hệ thống)

Máy tính
(mô phỏng số hệ thống điện)

D/A

Bàn điều khiển

Hình 2.2. Cấu trúc đơn giản của thiết bị mô phỏng HTĐ.

Một số đặc điểm về trang thiết bị như sau.
2.4.1. Máy tính cá nhân

Máy tính thực hiện các nhiệm vụ:


18

Ch-¬ng 2. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ ThiÕt bÞ m« pháng hÖ thèng ®iÖn

• mô phỏng các phần tử cơ bản của HTĐ thực phức tạp như đường dây
trên không, máy biến áp điện lực... bằng các mô hình toán học;
• tính toán nhanh CĐXL của HTĐ;
• phân tích trạng thái ổn định của hệ thống;
• hiển thị hoặc tạo các file kết quả.
Như vậy, máy tính chính là phần tử thu thập và xử lý thông tin trong thiết bị mô
phỏng. Với vai trò quan trọng như vậy và để đảm bảo yêu cầu nhanh và chính
xác tại mỗi thời điểm trao đổi thông tin, máy tính cá nhân của thiết bị mô phỏng
được trang bị cấu hình: bộ vi xử lý Pentium IV 2,2 GHz, 256 Mbytes RAM, đĩa
cứng 40 Gbytes, ổ đĩa mềm 1,2 Mbytes và màn hình hiển thị màu 15”.
2.4.2. Bàn điều khiển

Bàn điều khiển là nơi đặt các thiết bị điều khiển và hệ thống chỉ thị là các đồng
hồ đo và đèn tín hiệu thể hiện thông tin trạng thái của các thiết bị điều khiển.
Nguồn cung cấp cho bàn điều khiển là một nguồn độc lập với máy tính.
Phần thiết bị điều khiển và mô hình vật lý là một trong những phần cơ bản của
thiết bị mô phỏng và cũng là phần luôn có sự thay đổi. Tuy nhiên, với mục đích

bước đầu nghiên cứu khả năng hoạt động của hệ thống mô phỏng ứng dụng cho
hệ thống điện nên phần này mới chỉ được thiết kế tương đối đơn giản, bao gồm
16 nút bấm đóng cắt và 8 biến trở điều chỉnh mô tả các phần tử sau của HTĐ:
• máy cắt điện làm việc ở trạng thái đóng/cắt theo lệnh của người dùng;
• máy phát điện làm việc ở CĐXL với hai trạng thái vận hành: trạng thái
điều chỉnh module điện áp thanh cái và công suất tác dụng; trạng thái
điều chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng;
• phụ tải điện có công suất tác dụng và phản kháng đã cho, biến thiên
chậm theo biểu đồ.


Ch-¬ng 2. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ ThiÕt bÞ m« pháng hÖ thèng ®iÖn

19

Các thiết bị phức tạp hơn như máy phát có tự động điều chỉnh điện áp và tần số
theo quy luật, các động cơ điện làm việc theo đặc tính mômen, các rơle bảo vệ...
chưa được thực hiện trong thiết bị mô phỏng này.
Như vậy, các thiết bị điều khiển thay đổi trạng thái một số phần tử nào đó của
HTĐ mô phỏng được bố trí nằm ngoài máy tính. Các thiết bị điều khiển này khi
hoạt động, thông số của chúng thay đổi nhanh nhưng có thể đo và điều khiển
được. Hiện tại, trong thiết bị mô phỏng này mới chỉ có trao đổi thông tin một
chiều từ bàn điều khiển vào máy tính, phần ngược lại do phức tạp hơn nên chưa
được thực hiện. Do đó, máy tính hoàn toàn nhận biết được thông tin trạng thái
của các phần tử này nếu bàn điều khiển có ghép nối với máy tính.
Để ghép nối một thiết bị trao đổi thông tin với máy tính có ba phương pháp sau:
• ghép nối qua rãnh cắm mở rộng trên bản mạch chính;
• ghép nối qua cổng song song;
• ghép nối qua cổng nối tiếp.
Ghép nối qua rãnh mở rộng là phương pháp chỉ sử dụng khi cắm thêm các card

mở rộng để thay đổi hoặc nâng cấp máy tính như card âm thanh, card màn hình...
Do đó, phương pháp ghép nối này ảnh hưởng nhiều đến tính năng của máy tính
và hoàn toàn không phù hợp cho thiết bị mô phỏng HTĐ.
Ghép nối qua cổng song song là phương pháp sử dụng truyền thông theo kiểu
song song, nghĩa là các bit dữ liệu được truyền song song còn các byte truyền
nối tiếp. Khoảng cách cực đại giữa thiết bị ngoại vi và cổng song song của máy
tính bị hạn chế vì điện dung ký sinh và hiện tượng cảm ứng giữa các đường dẫn
dữ liệu có thể làm biến dạng tín hiệu. Khoảng cách giới hạn là 8m, thông thường
chỉ khoảng 1,5-2m.
Ghép nối qua cổng nối tiếp RS-232 hiện là một phương pháp được sử dụng rộng
rãi nhất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính như chuột, mođem, bộ
biến đổi A/D... Ghép nối qua cổng nối tiếp là phương pháp sử dụng truyền thông


20

Ch-¬ng 2. Nh÷ng vÊn ®Ò chung vÒ ThiÕt bÞ m« pháng hÖ thèng ®iÖn

theo kiểu nối tiếp, nghĩa là tại một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi dọc theo
một đường dẫn. Chuẩn RS-232 chỉ cho phép sử dụng đường truyền ngắn với tốc
độ thấp. Tuy nhiên, việc thiết kế cổng RS-232 lại dễ dàng và ưu điểm của
phương pháp truyền nối tiếp so với phương pháp truyền song song là một đường
dẫn được sử dụng để truyền dữ liệu còn một đường dẫn khác dùng để nhận dữ
liệu.
Với thiết kế hiện tại thì tín hiệu của bàn điều khiển bao gồm 8 tín hiệu đo độ lớn
của các biến trở điều chỉnh có dạng thông tin liên tục và 16 tín hiệu của các nút
bấm đóng cắt có dạng thông tin rời rạc (tín hiệu trạng thái chỉ có hai giá trị). Như
vậy, số lượng và tín hiệu thông tin của bàn điều khiển là rất đa dạng.
Máy tính mô phỏng phần phức tạp của hệ thống bằng các mô hình toán học luôn
luôn trao đổi thông tin với bàn điều khiển để xác định và thực hiện tính toán

nhanh CĐXL mới ứng với các tín hiệu thông tin của phần điều khiển nhận được.
Do đó, máy tính và bàn điều khiển phải hoạt động đồng bộ với nhau trong mỗi
quá trình trao đổi thông tin. Tốc độ biến thiên của các thông số thực tế vào
khoảng 1% trong thời gian 1 phút nên chu kỳ hiển thị thông tin của hệ thống mô
phỏng đòi hỏi không vượt quá 5 giây, nghĩa là chu kỳ trao đổi thông tin trong hệ
thống mô phỏng còn phải ngắn hơn. Trong các phương pháp ghép nối máy tính
nêu trên thì phương pháp truyền tin nối tiếp tỏ ra thích hợp hơn cả vì vừa đáp
ứng được các yêu cầu về đồng bộ hoá trong quá trình trao đổi thông tin, lại dễ
phân loại được các tín hiệu trong quá trình xử lý. Do đó, bàn thí nghiệm đã được
ghép nối với cổng nối tiếp COM2 của máy tính bằng một dây cáp và liên tục gửi
tín hiệu đến máy tính bằng phương pháp truyền tin nối tiếp.
2.4.3. Card chuyển đổi tín hiệu số

Một thiết bị quan trọng không thể thiếu để ghép nối bàn điều khiển với máy tính
là card chuyển đổi tín hiệu số (Analog/Digital Card) vì lý do các tín hiệu mô tả
lệnh, trạng thái hoặc dữ liệu trên máy tính đều tồn tại dưới dạng số. Do đó, các
đại lượng đo bằng tín hiệu tương tự như điện áp và dòng điện cần được chuyển