Ứng dụng phần mềm matlab simulink mô phỏng hệ thống phương tiện đến mạng lưới trong 24 giờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH

BÀI BÁO CÁO MƠN XE ĐIỆN - XE LAI

ĐỀ TÀI:
24-Hour Simulation Of A Vehicle-To-Grid (V2G) System
(Nhóm 04CLC, thứ 3, tiết 9-12)
GVHD: NGUYỄN TRUNG HIẾU

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020
1


DANH SÁCH NHÓM THAM GIA VIẾT BÁO CÁO
HỌC KỲ I NĂM HỌC 2020 - 2021
Tên đề tài: Ứng dụng phần mềm Matlab Simulink mô phỏng Hệ thống phương tiện
đến mạng lưới trong 24 giờ

MÃ SỐ

TỶ LỆ %

SINH VIÊN

HOÀN THÀNH

Trần Minh Đăng

17145118

100%

02

Đỗ Huân Chương

17145095

100%

03

Nguyễn Thành Thiện

17145226

100%

STT

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN

01

Ghi chú:
- Tỷ lệ % = 100%
-

Trưởng nhóm: Trần Minh Đăng_SĐT: 0362243098.

Nhận xét của Giảng viên:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
..........................................................................
……………………………………………………………………………………………
…………………………..

Ngày .... tháng 12 năm 2020
Giáo viên chấm điểm

1


MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................................... 2
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH......................................................................................................4
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................5
CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU..........................................................................................6
1.1 Lý do chọn đề tài..........................................................................................................6
1.2 Mục đích nghiên cứu....................................................................................................6
1.3 Phạm vi nghiên cứu......................................................................................................6
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MATHLAB, SIMULINK..............................................8
2.1. Khái quát matlab, simulink........................................................................................8
2.2. Các kiểu dữ liệu của matlab........................................................................................8
2.3. Tạo một cơ sở dữ liệu mới..........................................................................................8
2.4. Các kiểu đầu vào và đầu ra của matlab.....................................................................8
2.5. Cấu trúc xây dựng phương pháp mơ phỏng..............................................................8

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MODEL.................................................................................9
3.1. Tổng quan về Model, điều kiện thử nghiệm................................................................9
3.1.1. Tổng quan về Model.............................................................................................9
3.1.2. Tình huống mơ phỏng.........................................................................................10
3.1.3. các kí hiệu trong biểu đồ:....................................................................................11
3.2. Chi tiết các khối lệnh được sử dụng, và các điều kiện đầu vào, ra:...........................11
3.2.1. Nhóm khối phục vụ truyền tải điện:....................................................................11
3.2.2. Hệ máy phát điện năng lượng gió.......................................................................19
3.2.3. Cánh đồng năng lượng mặt trời...........................................................................21
2


3.2.4. Máy phát điện Diesel Diesel Generator..............................................................26
3.2.5. Tải điện hộ gia đình và cơng nghiệp...................................................................29
3.2.6. V2G system........................................................................................................33
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG......................................................35
4.1. Các biểu đồ thể hiện cơng suất phát..........................................................................35
4.1.1. Biểu đồ................................................................................................................ 35
4.1.2. Tổng công suất phát............................................................................................35
4.2. Các biểu đồ thể hiện công suất tiêu thụ.....................................................................35
4.2.1. Biểu đồ................................................................................................................ 35
4.2.2. Tổng công suất tiêu thụ.......................................................................................35
4.3. Nhận xét tương quan giữa công suất phát và công suất tiêu thụ................................35
4.4 Thay đổi giá trị ( Phần Này Nghiên Cứu Thêm, Giảm Gió Thì Sẽ Ntn, Giảm Nắng
Sẽ Ntn, Đủ Tiêu Thụ Ko, Tăng Tiêu Thụ Sẽ Ntn)............................................................35
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................36

3

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 Sơ đồ khối của Mơ hình.......................................................................................12
Hình 2 Khối điều kiện bắt buộc phải có khi dùng tải bù RLC, máy điện có cuộn dây.....13
Hình 3 Khối máy biến áp.................................................................................................14
Hình 4 Khối nối đất cho hệ thống điện 3 pha...................................................................15
Hình 5 Khối tạo điện xoay chiều ba pha chuẩn cho máy phát điện năng lượng gió.........16
Hình 6 Khối tải bù RLC để giảm công suất vô cơng........................................................16
Hình 7 Khối đo lường điện ba pha, xuất ra các giá trị chuẩn............................................17
Hình 8 Khối giả lập lượng gió trong 24h.........................................................................17
Hình 9 Biểu đồ gió trong 24h mơ phỏng..........................................................................18
Hình 10 Hệ các khối mơ phỏng turbin gió, xuất ra dòng điện xoay chiều 3 pha, đồng
thời là các giá trị V, I, S, P, Q..........................................................................................18
Hình 11 Biểu đồ Cơng suất gió trong một ngày...............................................................19
Hình 12 Khối đầu vào......................................................................................................20
Hình 13 Khối nhân hoặc chia. Chọn nhân tố hoặc ma trận..............................................21
Hình 14 Tỷ lệ giới hạn.....................................................................................................21
Hình 15 Cường độ ánh sáng.............................................................................................22
Hình 16 Tín hiệu nhiễu....................................................................................................22
Hình 17 Đồ thị thể hiện Tổng năng lượng: Diesel, Wind, PV FARM..............................23
Hình 18 Biểu đồ mơ phỏng năng lượng mặt trời trong 24 giờ..........................................23
Hình 19 Sơ đồ khối máy phát điện Diesel........................................................................24
Hình 20 Đầu vào Hệ thống kích từ...................................................................................25
Hình 21 Thơng số đầu vào bộ điều tốc.............................................................................26
Hình 22 Khối đồng bộ ba pha..........................................................................................27
Hình 23 Hệ các khối giả lập máy điện cơng nghiệp (Asynchronous Machine)................28
Hình 24 Biểu đồ các giá trị của máy điện cơng nghiệp....................................................28
Hình 25 BIểu đồ các giá trị tải điện hộ gia đình...............................................................29
Hình 26 Khối giả lập tải điện dân dụng............................................................................29
Hình 27 Sơ đồ khối giả lập 5 điều kiện............................................................................30
Hình 28 Thơng số Mơ phỏng 5 profile.............................................................................31

Hình 29 State of charge của 5 profile  ..........................................................................31
Hình 30 Tổng cơng suất phát ra của 3 nguồn năng lượng ...............................................32
Hình 31 Cơng suất có ích đến mạng lưới tiêu thụ............................................................32
Hình 32 Cơng suất tiêu thụ Cư dân (Load Resident)........................................................33
Hình 33 Cơng suất tiêu thụ từ mạng lưới xe điện (V2G)..................................................33

4


LỜI CẢM ƠN
Trong lời đầu tiên của bài báo cáo môn “Xe điện – xe lai” này, chúng em muốn
gửi những lời cảm ơn và biết ơn chân thành nhất tới tất cả những người đã hỗ trợ, giúp
đỡ chúng em về kiến thức và tinh thần trong quá trình thực hiện. Trước hết, xin chân
thành cảm ơn các anh, các bạn đã hỗ trợ chúng em trong suốt thời gian học tập và làm
báo cáo. Chúng em xin chân thành cám ơn Giảng viên Nguyễn Trung Hiếu đã hướng
dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em trong suốt q trình thực hiện mơn học này!
Trong q trình học tập và rèn luyện học phần Xe điện – xe lai chúng em đã học
được rất nhiều kiến thức bổ ích về chuyên môn từ thầy và các anh, chúng em được dạy
và giúp đỡ trong quá trình học tập. Từ kiến thức mà thầy và các anh chỉ dạy giúp chúng
em có nền tảng để hồn thành bài báo cáo một cách tốt đẹp.
Do điều kiện và kiến thức hạn hẹp cũng như trình độ chun mơn, ngoại ngữ và
kinh nghiệm còn hạn chế nên bài báo cáo thực hiện chắc chắn khơng tránh khỏi những
thiếu sót nhất định. Chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy và các bạn
để em có thêm kinh nghiệm và tiếp tục hồn thiện bài báo của mình được tốt hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

5


CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài
Nền công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới ngày càng phát triển mạnh mẽ. Ở Việt
Nam, trong thời gian khơng lâu nữa từ tình trạng lắp ráp xe hiện nay, chúng ta sẽ tiến
đến tự chế tạo ô tô. Bởi vậy, việc tìm hiểu và làm quen để nâng cấp, đánh giá và ứng
dụng khoa học công nghệ cao vào trong kiểm tra, kiểm định thông qua việc mô phỏng là
một nhiệm vụ rất quan trọng và cấp bách.
Ngày nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho cơng việc của người kỹ sư thiết kế.
Giúp cho công việc của người thiết kế trở nên thuận lợi và tiết kiệm được rất nhiều thời
gian. Trong các công đoạn của q trình sản xuất cơ khí thì sự tiện ích của các phần mềm
hỗ trợ thực sự có vai trị đóng góp hết sức to lớn. Từ việc lên bản vẽ thiết kế chi tiết máy
đến việc mô phỏng lắp ghép và kiểm tra độ bền của các chi tiết máy trước khi đưa vào
sản xuất thực tế. Do đó, các phần mềm hỗ trợ đã tiết kiệm rất nhiều thời gian và kinh tế
trong sản xuất, hạn chế và tránh những sai sót gặp phải trong q trình sản xuất thực tế.
Phần mềm Matlab Simulink là một trong những phầm mềm hỗ trợ cho những người
đang học tập cũng như làm việc trong lónh vực thiết kế và mơ phỏng ơ tơ. Vì vậy nhóm
em đã chọn việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm Matlab Simulink trong mô phỏng
lượng điện năng sản xuất và tiêu thụ trong 24 giờ.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Tìm hiểu về phần mềm Matlab Simulink để ứng dụng vào việc mô phỏng hệ
thống mạng lưới điện cung cấp cho sinh hoạt và sạc cho ô tô điện trong 24 giờ. Biết
được những phương pháp và cơng cụ để khảo sát đặc tính của đồ thị năng lượng sản suất
và tiêu thụ trong 24 giờ. Làm quen với việc ứng dụng khoa học công nghệ vào việc thiết
kế và mơ phỏng. Mục đích để trau dồi thêm nhiều kiến thức bổ ích cho bản thân về
nghành học cũng như có thể ứng dụng cho cơng việc trong tương lai.

6


1.3 Phạm vi nghiên cứu
Do điều kiện và thời gian hạn hẹp cũng như trình độ chun mơn, ngoại ngữ và

kinh nghiệm cịn hạn chế nên nhóm chỉ tập trung nghiên cứu một số nội dung sau: Tìm
hiểu và nghiên cứu cách sử dụng phần mềm Matlab Simulink. Ứng dụng phần mềm
Matlab Simulink để mô phỏng mạng lưới sử dụng điện trong 24 giờ

7


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MATHLAB, SIMULINK
2.1. Khái quát matlab, simulink
MATLAB (Matrix Laboratory) là một phần mềm khoa học được thiết kế để
cung cấp việc tính tốn số và hiển thị đồ họa bằng ngơn ngữ lập trình cấp cao.
MATLAB cung cấp các tính năng tương tác tuyệt vời cho phép người sử dụng thao tác
dữ liệu linh hoạt dưới dạng mảng ma trận để tính tốn và quan sát. Các dữ liệu vào của
MATLAB có thể được nhập từ "Command line" hoặc từ "mfiles", trong đó tập lệnh
được cho trước bởi MATLAB. MATLAB cung cấp cho người dùng các toolbox tiêu
chuẩn tùy chọn. Người dùng cũng có thể tạo ra các hộp cơng cụ riêng của mình gồm
các "mfiles" được viết cho các ứng dụng cụ thể. Chúng ta có thể sử dụng các tập tin trợ
giúp của MATLAB cho các chức năng và các lệnh liên quan với các toolbox có sẵn
(dùng lệnh help).
Simulink là một cơng cụ trong Matlab dùng để mơ hình, mơ phỏng và phân tích
các hệ thống động với mơi trường giao diện sử dụng bằng đồ họa. Việc xây dựng mơ
hình được đơn giản hóa bằng các hoạt động nhấp chuột và kéo thả. Simulink bao gồm
một bộ thư viện khối với các hộp cơng cụ tồn diện cho cả việc phân tích tuyến tính và
phi tuyến. Simulink là một phần quan trọng của Matlab và có thể dễ dàng chuyển đổi
qua lại trong q trình phân tích, và vì vậy người dùng có thể tận dụng được ưu thế của
cả hai mơi trường.
2.2. Các kiểu dữ liệu của matlab
MATLAB cung cấp 15 kiểu dữ liệu cơ bản. Mỗi kiểu dữ liệu lưu trữ dữ liệu ở
dạng ma trận hoặc mảng. Kích thước tối thiểu của ma trận hoặc mảng là 0 hàng 0 cột
và tối đa là kích thước bất kỳ.

8


CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MODEL
3.1. Tổng quan về Model, điều kiện thử nghiệm
3.1.1. Tổng quan về Model

Mơ hình này mơ phỏng 1 lưới điện nhỏ, được chia thành bốn phần quan trọng:


Một máy phát điện diesel, hoạt động như máy phát điện cơ bản. Máy phát

điện chạy dầu cân bằng giữa công suất tiêu thụ và công suất sản xuất. Ta có thể
xác định độ lệch tần số của lưới bằng cách xem tốc độ rôto của máy điện đồng bộ
của nó.


Một trang trại PV kết hợp với một trang trại gió, để sản xuất năng lượng

tái tạo:


Đầu tiên là một trang trại PV tạo ra năng lượng tỷ lệ với ba yếu tố: kích

thước của khu vực được bao phủ bởi trang trại PV, hiệu quả của các tấm pin mặt
trời và dữ liệu bức xạ.


Thứ hai là một mơ hình đơn giản của một trang trại gió tạo ra năng lượng

điện theo mối quan hệ tuyến tính với gió. Khi gió đạt đến giá trị danh định, trang
trại gió sẽ tạo ra cơng suất danh định. Trang trại điện gió sẽ được ngắt khỏi lưới
điện khi tốc độ gió vượt quá giá trị gió lớn nhất, cho đến khi gió trở lại giá trị
danh nghĩa của nó.


Phần tải của lưới điện được mô phỏng đại diện cho một cộng đồng khoảng

một nghìn hộ gia đình trong một ngày tiêu dùng thấp vào mùa xuân hoặc mùa
thu. Có 100 xe điện trong mơ hình cơ sở, có nghĩa là tỷ lệ 1:10 giữa ơ tơ và hộ
gia đình. Trong tương lai gần điều này hồn tồn có thể được hiện thực hóa.


Hệ thống V2G được lắp đặt bên cạnh phần cuối cùng của hệ thống là tải

của lưới điện:


Phương tiện đến lưới
9


V2G có hai chức năng: Kiểm sốt mức sạc của pin kết nối với nó và sử
dụng nguồn điện có sẵn để điều chỉnh lưới điện khi có sự kiện xảy ra trong ngày.
Khối triển khai năm hồ sơ người dùng xe hơi khác nhau:

Điều kiện thử 1: Những người đi làm có khả năng sạc xe tại nơi làm việc.
Điều kiện thử 2: Những người đi làm có khả năng sạc xe tại nơi làm việc nhưng
thời gian đi lâu hơn

Điều kiện thử 3: Những người đi làm không có khả năng sạc xe tại nơi làm việc
Điều kiện thử 4: Những người ở nhà
Điều kiện thử 5: Những người làm ca đêm.


Tải điện sản suất và hộ gia đình
Phụ tải bao gồm phụ tải dân dụng và máy điện không đồng bộ được sử

dụng để biểu thị tác động của tải điện công nghiệp lên lưới vi mô. Phụ tải dân
dụng tuân theo một điều kiện tiêu thụ với hệ số công suất cho trước. Máy điện
không đồng bộ được điều khiển bằng quan hệ bình phương giữa tốc độ rôto và
mômen cơ.

10


Hình 1 Sơ đồ khối của Mơ hình

3.1.2. Tình huống mô phỏng

Mô phỏng kéo dài 24 giờ. Cường độ mặt trời tuân theo phân phối chuẩn
khi cường độ cao nhất đạt được vào giữa trưa. Gió thay đổi nhiều trong ngày và
có nhiều đỉnh và thấp. Phụ tải dân cư tn theo một mơ hình điển hình tương tự
như tiêu dùng bình thường của hộ gia đình. Mức tiêu thụ thấp vào ban ngày và
tăng lên cao nhất vào buổi tối, và giảm từ từ vào ban đêm. Ba sự kiện sẽ ảnh
hưởng đến tần số lưới điện trong ngày:


Khởi động máy không đồng bộ sớm vào giờ thứ ba



Một phần bóng râm vào buổi trưa ảnh hưởng đến sản xuất điện mặt trời



Điều kiện gió tại trang trại gió lúc 22h khi sức gió vượt quá sức gió tối đa

cho phép

11


3.1.3. các kí hiệu trong biểu đồ:
V: điện áp xoay chiều
I: cường độ dịng điện
S: cơng suất tồn phần (VA)
P: cơng suất có ích
Q: cơng suất vơ cơng (hao phí, giá trị này càng cao càng không tốt)
3.2. Chi tiết các khối lệnh được sử dụng, và các điều kiện đầu vào, ra:
3.2.1. Nhóm khối phục vụ truyền tải điện:

Hình 2 Khối điều kiện bắt buộc phải có khi dùng tải bù RLC, máy điện có cuộn dây.

12


Hình 3 Khối máy biến áp

13

Hình 4 Khối nối đất cho hệ thống điện 3 pha

14


Hình 5 Khối tạo điện xoay chiều ba pha chuẩn cho máy phát điện năng lượng gió.

Hình 6 Khối tải bù RLC để giảm công suất vô công

15


Hình 7 Khối đo lường điện ba pha, xuất ra các giá trị chuẩn.

3.2.2. Hệ máy phát điện năng lượng gió

Hình 8 Khối giả lập lượng gió trong 24h

16


Hình 9 Hệ các khối mơ phỏng turbin gió, xuất ra dòng điện xoay chiều 3 pha, đồng thời là các
giá trị V, I, S, P, Q.

Hình 10 Biểu đồ gió trong 24h mơ phỏng

17

Hình 11 Biểu đồ Cơng suất gió trong một ngày

18


3.2.3. Cánh đồng năng lượng mặt trời

Hiệu suất, diện tích được bao phủ PV và bức xạ tính bằng W / m2 sẽ cho biết công
suất do PV tạo ra, với hiệu suất 10% và diện tích 8e4
Hệ khối mơ phỏng PV Farm gồm có: Cổng đầu vào, dữ liệu bức xạ, PV Farm, Các
phép đo điện áp và dòng điện, các port A, B, C.

Hình 12 Khối đầu vào

19


Hình 13 Khối nhân hoặc chia. Chọn nhân tố hoặc ma trận

Hình 14 Tỷ lệ giới hạn

20


Giới hạn tỷ lệ hạn chế tỷ lệ tăng giảm của tín hiệu với tỷ lệ quay vịng tăng 1e4 và giảm
-1e4…

Hình 15 Cường độ ánh sáng

Hệ khối mơ phỏng IRRADIANCE gồm: Port đầu ra, bảng tra cứu, các trị số
không đổi, kết quả thu được và thời gian mô phỏng hiện tại

Hình 16 Tín hiệu nhiễu
21


Khối mơ phỏng tín hiệu nhiễu với phạm vi thời gian được chỉ định được xác
định bởi các tham số Start và Duration, đầu ra được đặt thành 'Factor'. Bên ngoài phạm
vi thời gian được chỉ định, đầu ra được giữ ở mức 1,0.
Hệ khối mơ phỏng tính hiệu nhiễu gồm: Thời gian môn phỏng, các phép so sánh
hằng số, tốn tử logic, tham số khơng đổi, Khối nhân hoặc chia đầu vào, phép tổng
thêm bớt đầu vào, đầu ra hệ khối

Hình
17 Đồ
thểđồhiện
Hình
18 thị
Biểu
mơ Tổng
phỏngnăng
nănglượng:
lượng Diesel,
mặt trờiWind,
trongPV
24 FARM
giờ

22

3.2.4. Máy phát điện Diesel
Diesel Generator
Máy phát điện chạy dầu cân bằng giữa công suất tiêu thụ và công suất sản xuất.
Ta có thể xác định độ lệch tần số của lưới điện bằng cách xem tốc độ rôto của máy điện
đồng bộ của nó.

Hình 19 Sơ đồ khối máy phát điện Diesel

Các khối trong Diesel Generator
Excitation System (Hệ thống kích từ)
Cung cấp hệ thống kích từ cho máy điện đồng bộ và điều chỉnh điện áp đầu cuối của nó
ở chế độ phát


Parameters (Thơng số)



Low-pass filter time constant (Hằng số thời gian bộ lọc thơng thấp)

Hình 20 Đầu vào Hệ thống kích từ
23


Hằng số thời gian Tr, tính bằng giây, của hệ thống bậc nhất đại diện cho bộ chuyển đổi
điện áp đầu cuối stato. Mặc định là 20e-3.


Regulator gain and time constant (Hằng số thời gian và ổn dịnh tăng tích)

Hệ số khuếch đại Ka và hằng số thời gian Ta tính bằng giây, của hệ thống bậc nhất đại
diện cho bộ điều chỉnh chính. Mặc định là [ 300, 0.001 ].


Exciter (Bộ kích từ)

Hệ số khuếch đại Ke và hằng số thời gian Te, tính bằng giây, của hệ thống bậc nhất đại
diện cho máy kích từ. Mặc định là [ 1, 0 ].


Transient gain reduction (Giảm tăng tích tạm thời)

Hằng số thời gian Tb, tính bằng giây (giây) và Tc tính bằng giây, của hệ thống bậc
nhất biểu thị bộ bù trễ dẫn. Mặc định là [ 0, 0 ].


Damping filter gain and time constant (Lọc giảm chấn tăng tích và hằng số

thời gian)
Hệ số khuếch đại Kf và hằng số thời gian Tf, tính bằng giây, của hệ thống bậc nhất biểu
diễn phản hồi đạo hàm. Mặc định là [ 0.001, 0.1 ].


Regulator output limits and gain (Giới hạn đầu ra bộ điều chỉnh và tăng

tích)
Giới hạn Efmin và Efmax được áp dụng cho đầu ra của bộ điều chỉnh điện áp. Giới hạn
trên có thể khơng đổi và bằng Efmax, hoặc thay đổi được và bằng điện áp đầu cuối

stato đã chỉnh lưu Vtf nhân với độ lợi tỷ lệ Kp. Nếu Kp được đặt thành 0, giá trị cũ sẽ
được áp dụng. Nếu Kp được đặt thành giá trị dương, giá trị sau sẽ được áp dụng. Mặc
định là [ -11.5, 11.5, 0 ].


Initial values of terminal voltage and field voltage (Giá trị ban đầu của điện

áp đầu cuối và trường điện từ)

24