Đề tài: Ứng dụng thuật toán PID thích nghi cho bộ điều khiển cho bộ điều khiển PSS2A trong nhà máy thủy điện

Chia sẻ: Dung Nguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

95
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tuy nhiên việc yêu cầu sử dụng các bộ điều khiển ổn định hệ thống điện với các thiết bị kích từ mới và hiện có đã tạo nên nhiều sự nhầm lẫn về khả năng ứng dụng cũng như mục đích và lợi ích của chúng trong hệ thống

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Ứng dụng thuật toán PID thích nghi cho bộ điều khiển cho bộ điều khiển PSS2A trong nhà máy thủy điện

1 2 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N H NG PHÚC Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Nguy n Hoàng Mai NG D NG THU T TOÁN PID THÍCH Ph n bi n 1: TS. Nguy n Bê Ph n bi n 2: TS. Phan Văn Hi n NGHI CHO B ĐI U KHI N PSS2A TRONG NHÀ MÁY TH Y ĐI N Lu n văn ñã ñư c b o v t i H i ñ ng ch m lu n văn t t Chuyên ngành: T ñ ng hóa nghi p Th c s ngành T ñ ng hóa h p t i Đ i h c Đà N ng Mã s : 60.52.60 vào ngày 26 tháng 08 năm 2012 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin – H c li u, Đ i h c Đà N ng - Thư vi n H c li u, Đ i h c Đà N ng Đà N ng - Năm 2012
3 4 M Đ U Ph m vi nghiên c u c a ñ tài là nghiên c u phương pháp ñi u 1. Lý do ch n ñ tài khi n thích nghi cho b ñi u khi n PSS2A trong nhà máy th y ñi n. Trong m t vài năm qua, thu t ng “Power system stability” ñã 4. Phương pháp nghiên c u ñư c nh c ñ n r t nhi u và ñư c s d ng r ng rãi trong các h th ng - Phương pháp nghiên c u lý thuy t: Nghiên c u các v n ñ v phát d n ñi n. Tuy nhiên vi c yêu c u s d ng các b ñi u khi n n ng d ng ñi u khi n thích nghi, mô hình c a b ñi u khi n PSS2A ñ nh h th ng ñi n v i các thi t b kích t m i và hi n có ñã t o nên và các ñ i tư ng có tham gia vào quá trình ñi u khi n. nhi u s nh m l n v kh năng ng d ng cũng như m c ñích và l i - Phương pháp mô ph ng: Xây d ng mô hình mô ph ng ñ ích c a chúng trong h th ng. [12] ki m ch ng trên ph n m m Matlab-Simulink. Trên cơ s các k t qu Đ tài: “ ng d ng thu t toán PID thích nghi cho b ñi u khi n thu ñư c trên các mô hình ñ rút ra các ñánh giá, k t lu n. PSS2A trong nhà máy th y ñi n” s cung c p m t phương pháp 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài nghiên c u m i trong phân tích n ñ nh các dao ñ ng nh c a h - Ý nghĩa khoa h c: th ng ñi n. PSS2A là các thi t b ñi u khi n ph , ñư c s d ng k t Đ tài là m t hư ng nghiên c u m i trong ñi u khi n n ñ nh h p v i h th ng kích t máy phát, cung c p m t tín hi u ñi u khi n các dao ñ ng nh trong h th ng ñi n. Góp ph n nâng cao tính n ñ tăng cư ng s làm gi m các dao ñ ng trong h th ng và m r ng ñ nh c a h th ng ñi n và nâng cao ch t lư ng ñi n năng. gi i h n truy n t i ñi n. - Ý nghĩa th c ti n: Đ ph c v cho công tác nghiên c u, m t phương pháp ñư c Nghiên c u thành công ñ tài này s có ý nghĩa quan tr ng nhi u nhà khoa h c trong và ngoài nư c s d ng r t nhi u ñó là trong vi c nghiên c u nâng cao ch t lư ng ñi n năng và s n ñ nh phương pháp ñi u khi n thích nghi. Trong lu n văn tác gi s d ng c a h th ng ñi n. Do c u trúc không quá ph c t p, giá thành h p lý phương pháp ñi u khi n thích nghi và ph n m m Matlab Simulink, xây nên s có giá tr th c ti n. d ng mô hình hoá và mô ph ng h th ng ñi u khi n. 7. C u trúc lu n văn 2. M c tiêu nghiên c u M ñ u M c tiêu nghiên c u c a ñ tài là ng d ng thu t toán PID thích Chương 1: T ng quan v máy phát ñi n ñ ng b và h th ng kích t nghi cho b ñi u khi n PSS2A. Đánh giá nh hư ng c a h th ng Chương 2: Đi u khi n n ñ nh h th ng ñi n kích t khi có và không có s d ng b ñi u khi n PID thích nghi cho Chương 3: B ñi u khi n PID và ñi u khi n th c nghi PSS2A ñ n kh năng n ñ nh h th ng. Chương 4: Thi t k b ñi u khi n PID thích nghi cho b ñi u khi n 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u PSS2A trong nhà máy th y ñi n Đ i tư ng nghiên c u là h th ng kích t cho máy phát ñi n c a m t nhà máy th y ñi n.
5 6 Chương 1 1.2.2.2. H ch nh lưu quay T NG QUAN V MÁY PHÁT ĐI N Đ NG B VÀ H 1.2.3. H t kích t TH NG KÍCH T 1.2.3.1. H t kích t ch nh lưu ngu n áp 1.2.3.2. H t kích t ch nh lưu ngu n h n h p 1.1. KHÁI QUÁT V MÁY PHÁT ĐI N Đ NG B 3 PHA 1.2.3.3 H t kích t ch nh lưu h n h p có ñi u khi n Máy phát ñ ng b bi n ñ i công su t cơ thành công su t ñi n 1.2.4. Tác ñ ng c a h th ng kích t ñ i v i s n ñ nh v i m t ñi n áp và t n s xác ñ nh, trong ñó ñ ng cơ sơ c p cung c p Duy trì n ñ nh c a h th ng ñi n cũng ph thu c t c ñ ñáp công su t cơ cho máy phát có th là ñ ng cơ diesel, tuabin hơi, tuabin ng và kh năng cư ng b c c a h th ng kích t . Tăng kh năng th y l c hay tuabin khí. Cho dù lo i ñ ng cơ sơ c p nào ñư c s cư ng b c và gi m th i gian ñáp ng s làm tăng ñ n ñ nh, tác d ng ñ d n ñ ng máy phát, thì ñ c tính cơ b n c a chúng là t c ñ ñ ng này ñư c minh h a trong hình 1.8. ph i g n như không ñ i v i b t kỳ nhu c u ñi n năng c a t i.[6] 1.3. MÔ HÌNH HÓA MÁY PHÁT ĐI N Đ NG B 1.1.1. K t c u và nguyên lý cơ b n 1.3.1. Phương trình chuy n ñ ng quay ñây, ta ch xét k t c u và nguyên lý làm vi c cơ b n c a các Phương trình chuy n ñ ng quay ñư c bi u di n b ng 2 phương máy phát ñi n ñ ng b ba pha làm vi c trong h th ng ñi n. Chúng trình vi phân b c nh t như sau: có hai ph n chính là ph n tĩnh và ph n quay. d∆ω r 1 1.1.1.1. Ph n tĩnh = (Tm − Te − K D ∆ω r ) (1.18) 1.1.1.2. Ph n quay dt 2H dδ 1.1.2. Đ c ñi m và phân lo i = ω 0∆ω r (1.19) dt 1.1.2.1. Máy phát nhi t ñi n 1.3.2. Mô hình máy phát n i v i h th ng trong nghiên c u n ñ nh 1.1.2.2. Máy phát th y ñi n Trong nghiên c u n ñ nh tín hi u nh c a h th ng thì ta s 1.2. KHÁI QUÁT V H TH NG KÍCH T không s d ng các phương trình mô t ñi n ñ ng c a m t máy phát H th ng kích t có nhi m v cung c p dòng ñi n m t chi u ñ c vì nó ch có ý nghĩa ñ i v i các h th ng r t nh ch m t máy cho các cu n dây kích t nh m gi ñi n áp không ñ i khi ph t i bi n phát ho t ñ ng ñ c l p. Do ñó ñ ph c v cho bài toán ñ t ra ta s ñ i và nâng cao gi i h n công su t truy n t i t nhà máy ñi n vào h th c hi n mô hình hóa cho h máy phát ñư c n i v i h th ng có th ng ñ m b o n ñ nh tĩnh và n ñ nh ñ ng. công su t r t l n. [13] H th ng kích t có th ñư c ch t o theo 3 lo i sau: 1.3.2.1. Các phương trình máy phát ñ ng b 1.2.1. H kích t m t chi u 1.3.2.2. Các phương trình lư i 1.2.2. H t kích t xoay chi u Phương trình ràng bu t cho h th ng như (1.35). 1.2.2.1. H ch nh lưu tĩnh
7 8 Đ i chi u các thành ph n d, q trong phương trình trên, rút ra Tuy n tính hóa phương trình ñi n áp: ñư c (1.36), (1.37) ∆u d = − Ra ∆id + Ll ∆iq − ∆ψ aq (1.55) T ng h p l i ta tính ñư c các thành ph n id , iq trong m i quan ∆u q = − Ra ∆iq + Ll ∆id − ∆ψ ad h c a các bi n tr ng thái ψ fd và δ như (1.39). Phương trình ñi n áp vi t cho giá tr nhi u lo n d ng rút g n là: Các phương trình mô t h th ng ñư c phân tích như trên là các ∆U t = K 5 ∆δ + K 6 ∆ψ fd (1.56) phương trình phi tuy n, nhưng trong nghiên c u phân tích n ñ nh tín K5 và K6 ñư c tính t (1.57). hi u nh cho h th ng ta thư ng s d ng mô hình tuy n tính hóa rút T các phương trình ñư c t ng h p như trên. Mô hình h ra t nhi u lo n nh c a mô hình h th ng. Do ñó ta c n ph i tuy n th ng tuy n tính ñư c mô t dư i d ng sơ ñ kh i như hình 1.13. tính hóa cho các phương trình mô t h th ng. 1.4. MÔ HÌNH HÓA H TH NG KÍCH T 1.3.3. Tuy n tính hóa mô hình h th ng Mô hình h th ng kích t ñư c ñưa ra nghiên c u trong ph n T phương trình (1.39), các phương trình dòng ñi n vi t trong này s là h th ng kích t t kích s d ng c u ch nh lưu có ñi u m i quan h c a giá tr nhi u là: khi n như hình 1.14. Đây là m t h th ng ñi u khi n liên t c và ñư c ∆id = m1∆δ + m2 ∆ψ fd (1.41) s d ng ph bi n hi n nay trong các nhà máy ñi n. ∆iq = n1∆δ + n2 ∆ψ fd 1.4.1. Mô hình hóa các thành ph n c a h th ng kích t m1 , m2 , n1 , n2 ñư c xác ñ nh t (1.42). Máy bi n áp và b ch nh lưu Tuy n tính hóa các phương trình t thông ta ñư c: N u giá tr ñi n áp 3 pha kí hi u là Ut thì ta có th vi t: ∆ψ ad = − n2 Laqs ∆ψ fd − n1 Laqs ∆δ (1.44) KR U dc = Ut (1.60) Tuy n tính hóa phương trình mô men t (1.30) ta ñư c: 1 + sTR ∆Te = ψ ad 0 ∆iq + iq 0 ∆ψ ad −ψ aq 0 ∆id − id 0 ∆ψ aq (1.46) Trong ñó KR là h ng s t l và TR là h ng s th i gian l c. B ñi u ch nh ñi n áp và tham chi u (B so sánh) Thay ∆id , ∆iq , ∆ψ ad , ∆ψ aq vào (1.46) ta ñư c: ∆Te = K1∆δ + K 2 ∆ψ fd (1.47) B này có ch c năng so sánh ñi n áp Udc ph n h i v i m t giá tr tham chi u ñ t o ra m t ñi n áp Ue. Đi n áp này g i là ñi n áp l i K1 , K2 ñư c xác ñ nh t (1.48). và t l v i ñi n áp sai l ch. S bi n thiên c a t thông ψ fd ñư c xác ñ nh b ng phương U e = k (U REF − U dc ) (1.61) trình ñ ng h c c a m ch kích t : B khu ch ñ i ∆ψ fd = K3 1 + sT3 [ ∆E fd − K 4 ∆δ ] (1.50) Các b khu ch ñ i ñư c ñ c trưng b i m t h ng s khu ch ñ i KA cùng v i m t h ng s th i gian TA và có th vi t: K3 , K4 , T3 ñư c xác ñ nh t (1.51).
9 10 KA Hay như (1.68) UR = Ue (1.62) 1 + sTA Thay ∆U t t (1.56) ta ñư c: K K 1 V i các b khu ch ñ i thì m t giá tr bão hòa c n ph i ñư c xác s∆U 1 = 5 ∆δ + 6 ∆ψ fd − ∆U 1 (1.69) TR TR TR ñ nh, ch ng h n như URMIN < UR < URMAX và ñư c bi u di n như trên T kh i th 2 c a hình 1.20 ta có: hình 1.18. KA Máy kích t E fd = (U REF − U 1 − U 3 ) (1.70) 1 + sT A Máy kích t m t chi u t kích ñư c mô t như hình 1.19. Vi t dư i d ng nhi u lo n nh Eef = U R + E FD (1.63) KA ∆E fd = (− ∆U 1 ) (1.71) Ref 1 + sTA E FD [1 + S e ( E FD )] + TE dE FD Eef = (1.64) Rg dt 1.5. T NG H P MÔ HÌNH H TH NG Thay Eef vào (1.26) ta vi t ñư c: T các phương trình (1.47), (1.50), (1.56), (1.67), (1.71), mô U R − S E ( E FD ) E FD hình h th ng ñư c mô t dư i d ng sơ ñ kh i như hình 1.21. E FD = (1.65) K E + sTE 1.6. CÁC THÔNG S MÁY PHÁT VÀ H TH NG KÍCH T 1.7. K T LU N 1.4.2. T ng h p mô hình h th ng kích t Chương 2 T vi c phân tích mô hình các thành ph n chi ti t như trên, mô ĐI U KHI N N Đ NH H TH NG ĐI N hình c u trúc c a h th ng kích t hoàn ch nh ñư c trình bày trên hình 1.20. Mô hình h th ng kích t này theo tiêu chu n IEEE ñư c 2.1. CÁC B N Đ NH H TH NG ĐI N PSS kí hi u là ST1A. Tùy vào lo i tín hi u ñ u vào c a PSS ñư c s d ng mà các V i h th ng kích t lo i ST1A thì các thông s c a máy kích t PSS có tên g i khác nhau cũng như kh năng ñi u khi n c a chúng. là KE=1, TE=0 và SE=0, KF và TF là h s khu ch ñ i và h ng s th i V i m t vài bi n ñ i nh , r t nhi u b n ñ nh công su t d a gian c a m ch n ñ nh b ñi u khi n, n u h th ng không s d ng trên cơ s là ñ sai l ch t c ñ ñã ñư c ch t o s d ng. Tuy nhiên m ch n ñ nh thì kh i này s ñư c b qua. v ib n ñ nh h th ng ñi n d a trên t c ñ thì m t trong nh ng Tuy n tính hóa cho mô hình h th ng kích t h n ch c a nó là nó có th kích thích các mô hình dao ñ ng xo n. T kh i th nh t c a hình 1.20 n u ta s d ng giá tr nhi u lo n Đ kh c ph c nh ng h n ch như ñã nêu c a b PSS có tín hi u nh ta có: vào là t c ñ thì m t b ñi u khi n ñ u vào kép là công su t-t c ñ 1 (∆P-ω), hay còn g i là b n ñ nh công su t gia t c ñã ñư c xem xét ∆U 1 = ∆U t (1.67) 1 + sTR và thi t k . V i lo i PSS này thì tín hi u công su t ñư c s d ng là
11 12 công su t gia t c c a máy phát mà có tương tác xo n r t th p. V i b − K 2 K3 K 4 − K 2 K3 K5 K A K s ( ∆ψ fd ) = (2.6) ñi u khi n lo i này thì h s khu ch ñ i c a PSS có th ñư c tăng lên 1+ K 3 K 6 K A mà v n không làm m t ñi s n ñ nh và t ñó làm t t nhanh các dao Khi ñó h s mô men ñ ng b t ng b ng: ñ ng. Theo các tiêu chu n c a IEEE nó ñư c kí hi u là PSS2A. − K 2 K3K 4 − K 2 K3K5 K A K s = K1 + K s ( ∆ψ fd ) = K1 + (2.7) 2.2. B N Đ NH H TH NG ĐI N PSS2A 1 + K3 K6 K A 2.2.1. Cơ s lý thuy t c a PSS2A T phương trình (2.7) ta nh n th y r ng dư i tác ñ ng c a AVR B n ñ nh h th ng ñi n là m t b ph n ph c a h th ng kích ñư c ñ t trưng b ng m t h ng s khu ch ñai KA s có khuynh hư ng t máy phát, v i m c ñích cơ b n là t o ra m t thành ph n mô men làm tăng thành ph n mô men ñi n tr ng thái n ñ nh. ñi n trong rotor máy phát ñ ng b , thành ph n mô men này tác ñ ng Như v y, tác ñ ng c a b ñi u ch nh ñi n áp là s t o ra m t gi ng như m t mô men c n ñ ch ng l i s dao ñ ng c a rotor. thành ph n mô men ñ ng b hóa dương và m t thành ph n mô men Đ hi u ñư c tác ñ ng c a PSS2A như th nào ta s xét sơ ñ gi m âm. Trong trư ng h p này v i m t máy kích t có ñáp ng cao kh i c a h th ng như hình 2.1. s có l i trong vi c tăng mô men ñ ng b hóa, tuy nhiên khi ñó nó Các thành ph n mô men ñi n ñư c t o ra thông qua các m ch cũng s t o ra m t m t men hãm âm. Do ñó có s mâu thu n trong vòng trên sơ ñ khi không xét ñ n tác ñ ng c a b ñi u ch nh ñi n áp yêu c u v i ñ nh y kích t . K K K ∆Te = K1∆δ − 2 3 4 ∆δ (2.1) Ho t ñ ng c a PSS2A là tác ñ ng thông qua kh i hàm truy n 1 + sT3 ñ t GEP(s) gi a mô men ñi n và ñ u vào h th ng máy kích t ñ Như v y ph n ng ph n ng s làm gi m s ñ ng b hóa mô kh c ph c nh ng h n ch như ñã nêu trên c a b ñi u ch nh ñi n áp. men b i K2K3K4. C u trúc Lead/Lag cơ b n c a b ñi u khi n PSS2A ñư c mô t Mô t cho s thay ñ i thành ph n mô men ñi n theo s thay ñ i như trên hình 2.2. c a góc cơ ñư c vi t như sau: 2.2.2. Ch c năng c a PSS2A ∆Te = K1∆δ + K 2 ∆ψ fd Tác d ng chính c a PSS2A là m r ng gi i h n n ñ nh c a h (2.2) th ng ñi n b ng cách cung c p b sung s gi m dao ñ ng c a rotor tr ng thái n ñ nh s = jω = 0 ta vi t l i phương trình mô men máy phát ñ ng b thông qua h th ng kích t c a máy phát ñ ng b . ∆Te ∆ψ fd = K 2 ∆ψ fd (2.4) Đ có th làm gi m nhanh nh ng dao ñ ng c a rotor, PSS2A s t o S bi n thiên t thông ∆ψ fd ñư c xác ñ nh t m ch vòng ñi u ra m t thành ph n mô men ñi n ñ t lên rotor t i góc pha có t c ñ khi n trên hình 2.1 và ñư c vi t như phương trình (2.5) bi n thiên. Thành ph n mô men này t l v i ñ sai l ch gi a t c ñ T (3.6) ta có th xác ñ nh h s mô men ñ ng b hóa là: th c và t c ñ ñ ng b . Khi rotor có s dao ñ ng thì thành ph n mô
13 14 men này tác ñ ng gi ng như m t mô men c n ñ ch ng l i s dao ñã bi t thì công su t cơ thay ñ i ch m hơn r t nhi u và ñư c th hi n ñ ng c a rotor. rõ ñ d c ñư ng ñ c tính làm vi c. Như ñã phân tích trên, do s tr pha trong m ch vòng ñi u Vì lý do này, tín hi u tích phân c a sai l ch công su t cơ có th khi n c a h th ng kích t nên s t o ra m t thành ph n mô men ñư c ñưa qua m t b l c thông th p ñ là gi m t n s xo n, b l c gi m ∆TD. M c ñích chính c a PSS2A là t o ra m t tín hi u ñi u này ñư c g i là b l c “Ramp-Tracking”. M t b l c thông th p ña khi n ñ bù cho thành ph n mô men gi m này. T m c ñích ñó thì c c s ch cho phép nh ng tín hi u công su t cơ thay ñ i ch m hơn ñi c u trúc c a PSS2A s g m các kh i bù pha ñ bù cho s tr pha qua. Sơ ñ kh i th c hi n ñ ñưa ra tín hi u công su t cơ ñư c bi u gi a ñ u vào máy kích t và mô men ñi n. di n như hình 2.3. 2.2.3. C u trúc c a PSS2A Ti p theo là xác ñ nh tín hi u công su t gia t c. B PSS2A là lo i có nhi u ñ u vào ñư c thi t k d a trên cơ s ∆Pacc = ∆Pm − ∆Pe ' (2.17) các phương trình ñi n cơ c a máy phát. Phương trình ñ ng h c cho Bây gi chúng ta s quay l i xem xét b n ch t c a 2 tín hi u ñ u t c ñ rotor là hàm c a mô men và ñư c vi t như sau: vào là t c ñ và công su t ñi n. C 2 tín hi u t c ñ và công su t ñi n d∆ω 1 1 = (∆Tm − ∆Te ) = ∆Tac (2.13) nói chung ñ u có các giá tr tr ng thái n ñ nh và có th thay ñ i t dt 2H 2H t trong chu kì th i gian dài. Vì lý do này mà h u h t các PSS2A Trong h ñơn v tương ñ i ta có th xem mô men và công su t ñư c thi t k ph i s d ng m t b l c thông cao cho c 2 tín hi u ñ u là có giá tr tương ñương nhau. Thay mô men (T) b ng công su t (P) vào, b l c này còn ñư c g i là b l c “Washout” (hình 2.5). B l c và vi t l i phương trình trên ta ñư c. này có tác d ng lo i b các tín hi u thay ñ i v i t n s th p. ∆Pm = 2 Hs∆ω + ∆Pe (2.14) Tích phân sai l ch công su t gia t c chính là ñ u vào c a Trong th c t vi c ño lư ng tr c ti p tín hi u công su t cơ là r t PSS2A có c u trúc phase Lead/Lag v i m t h ng s khu ch ñ i và khó khăn và h u như là không th . Do ñó phương trình này cho phép hàm gi i h n ñ u ra. Kh năng bù c a PSS ph thu c vào vi c tính chúng ta t ng h p hi u qu tín hi u công su t cơ t 2 tín hi u t c ñ ch n giá tr c a KPSS và các h ng s th i gian. ñây các h ng s th i và công su t ñi n ño ñư c, ñây tín hi u t c ñ và công su t ñi n ta gian tr và vư t ñư c ñi u ch nh trong kho ng 0.01s ≤ T ≤ 6s. có th ño ñư c r t d dàng. Tuy nhiên, như c ñi m c a phép t ng V y c u trúc hoàn thi n c a PSS2A ñư c mô t như sau như h p này là công su t ñi n có th thay ñ i nhanh khi có bi n c thoáng hình 2.7 (Theo tiêu chu n IEEE). qua (t c th i) trong h th ng công su t. Đi u này s làm cho công 2.2.4. Tính ch n tham s cho PSS2A su t cơ ñư c t ng h p như trên cũng s thay ñ i nhanh. Trong th c t 2.2.4.1. Ch n các thông s cho b l c thông cao V i c u trúc b l c thông cao như ñã trình bày trên thì giá tr c a h ng s th i gian l c Tw ph i ñư c ch n ñ l n ñ cho phép các
15 16 dao ñ ng k t h p v i s thay ñ i c a t c ñ và công su t ñi n ñi qua t n s dao ñ ng 12,56 rad/s, t c là s = jω = j12,56 là không ñ i. Tw là không gi i h n và có th có giá tr b t kì trong dãi ∆ψ 80,32 = fd t 1 ñ n 20s. ∆u s 37,0637 + j 37,3421 Trong trư ng h p này ta ch n h ng s th i gian cho các b l c Thành ph n mô men ñi n do PSS2A tác ñ ng là: “Washout” ñ u vào là Tw = 10s và khi ñó s có m t t n s c t có ∆TPSS 2 A = ∆Te PSS 2 A = K 2 ∆ψ fd (2.36) PSS 2 A giá tr là 0.0159Hz. T n s này th p hơn các t n s c a mô hình liên ∆TPSS 2 A khu v c, do ñó giá tr c a h ng s th i gian l c ñã ch n là h p lý. Khi ñó: = 1,4329∠ − 45,210 (2.37) ∆u s 2.2.4.2. Ch n các thông s c a b l c “Ramp-Tracking” V i b PSS2A ta s d ng 2 giai ño n bù như nhau và do ñó m i Hàm truy n ñ t d ng t ng quát (2.22) giai ño n s bù 1 góc có giá tr φMax = 45,210/2 = 22,6050. Thay vào H u h t các b l c “Ramp-tracking” ta thư ng s d ng v i các (2.31) ta tính ñư c giá tr “a” như sau: h s là N=1 và M=5. Đi u này s cung c p m t b l c 4 c c v i a −1 quan h c a t s và m u s là m t s nh nh t. ϕ Max = sin −1 ( ) = 22,605 a +1 Các h ng s th i gian T8 và T9 c a b l c ñư c ch n sao cho Suy ra: a = 2,2489 cung c p ñ s suy gi m t t c các t n s xo n tr c và trong cùng T (2.32) ta s tính ñư c h ng s th i gian T m t th i gian có th bám theo s thay ñ i c a mô men ñi n. ñây T9 1 1 thư ng ñư c ch n b ng 0.1s là ch p nh n ñư c, khi ñó T8 = 0.5s T= = = 0,053 s ∆ω Max a 12,56 2,2489 2.2.4.3. Ch n các thông s cho khâu bù Lead/Lag Suy ra các h ng s th i gian c a khâu Phase Lead Hàm truy n ñ t cơ b n c a khâu phase Lead (2.30) T2 = T4 = T = 0,053 s Góc vư t pha l n nh t (φMax) c n bù trong trư ng h p này ñư c T1 = T3 = aT = 0,12 s mô t như (2.31). Cu i cùng ta xác ñ nh h s khu ch ñ i KPSS H ng s th i gian T xác ñ nh t n s dao ñ ng ∆ωMax (2.32) v i T (2.41), h s mô men ñ ng b t ng là: góc vư t pha ñ bù cho s tr pha là l n nh t. K s = K1 + K s = 0,7193 + 0,1382 = 0,8575 (pu mômen/rad) Gi s , trong h th ng x y ra dao ñ ng v i t n s là ∆ω Max = ∆ψ fd 12,56 rad/s tương ng v i ∆f Max = 2 Hz . T các phân tích trên ta Thành ph n mô men c n do ∆ψ fd là: ti n hành tính góc pha c n bù trong trư ng h p này như sau. TD ( ∆ψ fd ) = −0,1917( j∆δ ) (2.42) T hình 2.1 s bi n thiên t thông do tác ñ ng c a PSS2A T ∆ω = s∆δ / ω0 = jω∆δ / ω0 ∆ψ fd K K = 3 A (− K 6 ∆ψ fd + ∆u s ) − 0,1917ω0 1 + sT3 (2.33) TD (∆ψ fd ) = −0,1917( j∆δ ) = ∆ω (2.43) ω
17 18 V i ω = 12,56 rad / s 3.1.2. Các phương pháp xác ñ nh tham s b ñi u khi n PID TD ( ∆ψ fd ) = −4,8∆ω (2.44) 3.1.2.1. Phương pháp Ziegler-Nichols Toàn b h s mô men c n khi có s tác ñ ng c a AVR và Phương pháp Ziegler-Nichols là pháp th c nghi m ñ xác ñ nh PSS2A là: tham s b ñi u khi n P, PI, ho c PID b ng cách d a vào ñáp ng quá K D = K D ( AVR ) + K D ( PSS ) = −4,8 + K PSS (1,4329) 2 H (2.45) ñ c a ñ i tư ng ñi u khi n. Tùy theo ñ c ñi m c a t ng ñ i tư ng, Như v y t (2.45) ta th y r ng, b ñi u khi n PSS2A v i m c Ziegler và Nichols ñã ñưa ra hai phương pháp l a ch n tham s ñích là t o ra m t thành ph n mô men ñi n ñ bù cho s gi m âm c a c a b ñi u khi n. mô men ñ ng b dư i tác ñ ng c a b ñi u khi n AVR. ñi u ki n Phương pháp Ziegler-Nichols th nh t: Phương pháp này áp lý tư ng thì thành ph n mô men này s bù chính xác cho thành ph n d ng cho các ñ i tư ng có ñáp ng ñ i v i tín hi u vào là hàm n c có mô men b gi m, nghĩa là: d ng ch S như hình 3.3 như nhi t ñ lò nhi t, t c ñ ñ ng cơ,… K D = −4,8 + K PSS (1,4329)2 H = 0 Phương pháp Ziegler-Nichols th hai: Phương pháp này áp V y h s KPSS ñư c ch n cho trư ng h p này là: d ng cho ñ i tư ng có khâu tích phân lý tư ng như m c ch t l ng 4,8 trong b n ch a, v trí h truy n ñ ng dùng ñ ng cơ, … Đáp ng quá K PSS = = 1,1166 1,4329 * 2 H ñ c a h h c a ñ i tư ng tăng ñ n vô cùng. Phương pháp này ñư c 2.2.4.4. Gi i h n c a PSS2A th c hi n như sau: [10] Gi i h n ñ u ra c a b n ñ nh ñư c cài ñ t trong dãi giá tr t - Thay b ñi u khi n PID trong h kín b ng b khu ch ñ i như hình 3.4. − 0,15 < us < 0,15 pu - Tăng h s khu ch ñ i t i giá tr t i h n kth ñ h kín ch ñ 2.3. K T LU N biên gi i n ñ nh, t c là h(t) có d ng dao ñ ng ñi u hòa. - Xác ñ nh chu kỳ Tth c a dao ñ ng. Chương 3 3.1.2.2. Phương pháp Chien-Hrones-Reswick B ĐI U KHI N PID VÀ ĐI U KHI N THÍCH NGHI Phương pháp này cũng áp d ng cho các ñ i tư ng có ñáp ng 3.1. B ĐI U KHI N PID ñ i v i tín hi u vào là hàm n c có d ng ch S như hình 3.6 nhưng 3.1.1. Khái quát v b ñi u khi n PID có thêm ñi u ki n b/a > 3. C u trúc c a b ñi u khi n PID như hình 3.1 g m có ba thành 3.1.2.3. Phương pháp t i ưu modul ph n là khâu khu ch ñ i (P), khâu tích phân (I) và khâu vi phân (D). 3.1.2.4. Phương pháp t i ưu ñ i x ng Khi s d ng thu t toán PID nh t thi t ph i l a ch n ch ñ làm vi c là 3.2. ĐI U KHI N THÍCH NGHI P, I hay D và sau ñó là ñ t tham s cho các ch ñ ñã ch n. M t cách 3.2.1. Gi i thi u chung t ng quát, có ba thu t toán cơ b n ñư c s d ng là P, PI và PID. Đi u khi n thích nghi là s t ng h p các k thu t nh m t ñ ng
19 20 ch nh ñ nh các b ñi u ch nh trong m ch ñi u khi n ñ th c hi n hay hóa m t hàm ñ c tính nào ñó. duy trì m t m c ñ nh t ñ nh ch t lư ng c a h khi thông s c a quá ∂e Các thành ph n c a vec tơ là ñ o hàm ñ nh y c a sai s v i trình ñi u khi n không bi t trư c ho c thay ñ i theo th i gian. ∂θ H th ng ñi u khi n thích nghi g m có hai vòng: vòng h i ti p các tham s ch nh ñ nh θ. Thông s γ xác ñ nh t c ñ thích nghi. Lu t thông thư ng và vòng h i ti p ñi u khi n thích nghi. MIT có th ñư c gi i thích như sau: gi s các thông s θ thay ñ i ch m hơn nhi u so v i các bi n các khác c a h th ng, ñ bình Các b ñi u khi n thích nghi thư ng là s l a ch n h p lý, khi ta phương sai s là bé nh t c n thay ñ i các tham s theo hư ng gradien không có kh năng ho c không kinh t , khi kh o sát m t cách hoàn h o âm c a bình phương sai s (e2). s thay ñ i c a các bi n quá trình. Tr ng i c a phương pháp này là lu t thích nghi không th ñư c 3.2.2. H th ng thích nghi theo mô hình m u (MRAS) th c thi n u nó không th ñư c t o ra on-line. Vi c s d ng hàm ñ Mô hình m u ñư c ch n ñ t o ra m t ñáp ng mong mu n ñ i nh y ư c lư ng ñ có th th c hi n ñư c d n ñ n các sơ ñ ñi u v i tín hi u ñ t, ym , mà ngõ ra c a h th ng, y, ph i bám theo. H khi n thích nghi mà tính n ñ nh c a nó r t th p ho c không th thi t th ng có m t vòng h i ti p thông thư ng bao g m ñ i tư ng và b l p ñư c. ñi u khi n. Sai l ch bám e là hi u c a ngõ ra h th ng và ngõ ra c a 3.2.3.2. Gradient và phương pháp bình phương bé nh t d a trên mô hình m u, e = ym - y. B ñi u khi n có thông s thay ñ i d a vào tiêu chí ñánh giá hàm chi phí sai s sai s này. H th ng có hai vòng h i ti p: vòng h i ti p trong là vòng Phương pháp Gradient và các hàm chi phí ñư c s d ng cho h i ti p thông thư ng và vòng h i ti p ngoài hi u ch nh tham s cho vi c tri n khai lu t thích nghi ñ ư c lư ng các tham s quan tâm θ vòng h i ti p bên trong. Vòng h i ti p bên trong ñư c gi thi t là trong mô hình tham s . Phương pháp gradient bao g m vi c khai nhanh hơn vòng h i ti p bên ngoài. tri n m t phương trình sai s ư c lư ng ñ i s làm ñ ng cơ thúc ñ y H th ng thích nghi mô hình m u có th ñư c phân thành hai vi c l a ch n m t hàm chi phí g n ñúng J(θ) mà nó là m t hàm l i lo i: tr c ti p và gián ti p. trong toàn b không gian c a θ(t). Sau ñó, hàm chi phí s ñư c c c ti u 3.2.3. Lu t thích nghi hóa theo tham s θ(t) b i phương pháp gradient như sau: - Lu t MIT (Massachusetts Institute Technology). θ = − γ ∇J (θ ) - Hàm Lyapunov xác ñ nh dương. 3.2.3.3. Hàm Lyapunov - Phương pháp gradient và phương pháp bình phương bé nh t Trong phương pháp này, lý thuy t v s n ñ nh c a Lyapunov d a trên tiêu chí ñánh giá hàm chi phí sai l ch bám. (tiêu chu n n ñ nh th hai) có th dung ñ thi t k lu t thích nghi, ñ m 3.2.3.1. Phương pháp ñ nh y (Lu t MIT) b os n ñ nh cho h th ng vòng kín. Do ñó, sơ ñ ñi u khi n thích Phương pháp ñ nh y ñư c s d ng ñ thi t k lu t thích nghi nghi d a trên lý thuy t n ñ nh Lyapunov không g p nh ng tr ng i sao cho các tham s ư c lư ng ñư c ñi u ch nh theo hư ng t i thi u
21 22 như sơ ñ s d ng lu t MIT. U = K p ( ∆ω dm − ∆ω ) (4.6) Tiêu chu n n ñ nh th hai Lyapunov ch là ñi u ki n ñ , không Thay (4.6) vào (4.5) ta ñư c: ph i là ñi u ki n c n. N u th a tiêu chu n thì h n ñ nh, n u không bK p ⇒ ∆ω = ∆ω dm (4.8) th a thì v n ñ k t lu n v tính n ñ nh còn b ngõ, ph thu c vào 0,12s + s + bK p 2 cách ch n hàm m c tiêu xác ñ nh dương V(x) và bi n tr ng thái x. Sai s c a h th ng vòng kín: 3.3. K T LU N e = ∆ω − ∆ω m (4.9) Chương 4 T (4.8) suy ra ñ nh y c a sai s theo h s t l Kp THI T K B ĐI U KHI N PID THÍCH NGHI B ĐI U ∂e b(0,12s 2 + s ) KHI N PSS2A TRONG NHÀ MÁY TH Y ĐI N ⇒ = ∆ω dm (4.10) ∂K p (0,12s 2 + s + bK p ) 2 4.1. T NG H P M CH VÒNG T C Đ Do ñó, theo lu t MIT, lu t c p nh t h s t l Kp có d ng (4.11) Sơ ñ c u trúc m ch vòng như hình 4.1. Phương trình (4.11) không th s d ng tr c ti p ñ c p nh t h T ñó ta có hàm truy n ñ t c a ñ i tư ng là: s t l Kp c a b ñi u khi n ñư c do thông s b c a quá trình là K 2 K 3 K A K PSS S (s) = (4.1) không bi t ñư c. Do ñó ph i s d ng phép x p x ñ lo i b ñi thông (1 + sT3 )(2 Hs + K D ) s chưa bi t này. Áp d ng nguyên t c t i ưu ñ i x ng, ta ch n b ñi u khi n PI Hàm truy n ñ t mong mu n c a h th ng vòng kín: Do tham s Kpss ph c thu c vào sai l ch t c ñ ∆ω nên tham s b 20∆ω dm ⇔ ∆ω m = (4.13) cũng bi n ñ i. Do ñó b ñi u khi n kinh ñi n không th t c p nh t (0,12s 2 + s + 20) theo thông s b c a quá trình ñư c. V n ñ ñ t ra là thi t k m t b Khi hàm truy n ñ t c a h th ng ñ t t i hàm truy n ñ t mong ñi u khi n sao cho nó có th thích nghi v i quá trình khi thông s b mu n thì phương trình (4.7) s ñ t t i phương trình mong mu n (4.12): thay ñ i theo th i gian trong m t kho ng tương ñ i r ng. B ñi u (0,12s 2 + s + bK p )Y = bK pU C ≡ (0,12 s 2 + s + 20)Ym = 20U C khi n thích nghi mô hình tham chi u (MRAS) có th gi i quy t bài Hay bK pU C = 20 . Do ñó phương trình (4.11) có th x p x : toán này. 4.2. GI I THU T dK p ∂e  b(0,12s 2 + s )  = − γ ′e = − γ ′( ∆ω − ∆ω m )  ∆ω dm  (4.14) Hàm truy n ñ t c a vòng h c a quá trình (4.4) dt ∂K p  (0,12s 2 + s + 20) 2    ⇔ (0,12 s + s ) ∆ω = bU 2 (4.5) Hơn n a, ñ t γ = − γ ′ b , m t l n n a phương trình (4.14) có Lu t ñi u khi n: th x p x : Ch n Kp là tham s ñi u khi n
23 24 dK p  (0,12s 2 + s )  = − γ ′(∆ω − ∆ω m )  ∆ω dm  (4.15)  (0,12 s + s + 20) 2 2 dt  Phương trình (4.14) ñã lo i b thông s b qua 2 l n x p x do ñó có th s d ng ñ c p nh t h s t l Kp c a b ñi u khi n. V i 2 phép x p x này thì hàm truy n ñ t vòng kín c a h th ng ch có th h i t v hàm truy n ñ t vòng kín mong mu n khi thông s γ Hình 4.3. Mô hình mô ph ng b ñi u khi n PSS2A ñư c ch n ñ nh . Phép x p x γ ′ = − γ ′ b ñã g p thông s b thay ñ i KHOI THICH NGHI theo th i gian vào γ, hay nói cách khác γ cũng tr thành thay ñ i theo Add1 LUAT DIEU KHIEN th i gian. 2 delta 2 Add Kp 3 Tóm l i, tính n ñ nh c a h th ng ph thu c nhi u vào thông s delta-m 1 1 Kp 1 s Out1 0.12s2+s 1 1 Add b c a quá trình. Vi c l a ch n thông s γ ' c a b ñi u khi n thích nghi 1 delta-dm den(s) Transfer Fcn Product Integrator Product1 In1 s Integrator Product ph i căn c vào t m thay ñ i c a thông s b khi h th ng ho t ñ ng. Hình 4.4. Kh i thích nghi Hình 4.5. Lu t ñi u khi n 4.3. K T QU MÔ PH NG KI M CH NG B NG MATLAB- SIMULINK 4.3.2. Các k t qu mô ph ng 4.3.1. Các sơ ñ mô ph ng trên MATLAB-SIMULINK Đi n áp ñ u c c máy phát DIEN AP DA U CUC MA Y PHA T Ut MO HINH MAY PHAT LAM VIEC DOC LAP NOI LUOI ps s 2A t hic h nghi k hong ps s 2A 1.02 1.01 Scope U) pu 1 t( Vabc Vt y2 0.99 T o Workspace2 y4 Do luong1 y 0.98 T o Workspace4 Scope5 Dieu toc Scope1 Scope4 T o Workspace 0.97 1 wref m Iabc It y1 Pm Pm 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0.7516 Pref Va b c Thoi gian t (s ) A A T o Workspace1 we Ia b c Do luong3 Pe0 B B a A a A gate dw T ermi nator Vf _ C C b c B C b c B C Hình 4.6. Đi n áp ñ u c c máy phát khi không PSS2A và PSS2A_Thích nghi MAY PHAT DO LUONG MBA DZ 10,000 MVA, 230 kV 1 v ref 200 M VA 13.8 kV source c b a vd y3 vq Vf T o Workspace3 MC Đi n áp kích t C A B C A B v s tab Scope2 PSS tai 1 HT kich tu DIEN A P KICH TU Uk t To Workspace5 w Swi tch Scope3 pss 2A thic h nghi y5 C A B Out1 2.2 k hong ps s 2A Pe 300MW 2 1.8 0 0 1 b Conti nuous 1.6 U(u t ) kp 1.4 1.2 1 Hình 4.2. Mô hình mô ph ng c a m t máy phát ñ c l p n i v i lư i ñi n 0.8 0.6 0.4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Thoi gian t (s ) Hình 4.7. Đi n áp kích t khi không có PSS2A và PSS2A_Thích nghi
25 26 T c ñ rotor K T L N VÀ KI N NGH TOC DO RO TO Wr 1.004 1.003 ps s 2A thic h nghi k hong ps s 2A Qua quá trình nghiên c u và th c hi n lu n văn t t nghi p“ ng 1.002 1.001 d ng thu t toán PID thích nghi cho b ñi u khi n PSS2A trong nhà (u w) p 1 máy th y ñi n” tôi ñã ñ t ñư c m t s k t qu sau: 0.999 0.998 Mô hình hóa ñư c h th ng g m máy phát ñư c n i v i h th ng 0.997 6 7 8 9 Thoi 10 gian t (s ) 11 12 13 ñ ph c v cho bài toán nghiên c u n ñ nh tín hi u dao ñ ng nh . Hình 4.8. Dao ñ ng t c ñ rotor Nghiên c u vai trò ch c năng c a PSS2A và t ñó ñưa ra Đi n áp ñ u ra PSS2A phương pháp tính ch n tham s cho b n ñ nh công su t PSS2A. DIEN AP DAU RA PSS2A 0. 01 ps s 2A t hic h nghi Nghiên c u các phương pháp th c thi b ñi u khi n thích nghi 0. 005 theo mô hình m u (MRAS). T ñó thi t k b ñi u khi n thích nghi s u U () pp s 0 -0. 005 theo mô hình m u s ñư c d a trên lý thuy t n ñ nh c a Lyapunov -0. 01 -0. 015 6 7 8 9 Thoi 10 gian t (s ) 11 12 13 (tiêu chu n n ñ nh th hai) nh m ñ t ñư c m t h th ng ñi u khi n n ñ nh và có các tiêu chí v các hàm ñ c tính như mong mu n. Hình 4.9. Đi n áp ñ u ra Upss2A Xây d ng mô hình mô ph ng ñ ki m ch ng trên ph n m m Công su t tác d ng Pe 1. 6 CONG SUAT TAC DUNG Pe Matlab-Simulink. ps s2A t hich nghi 1. 4 1. 2 k hong ps s 2A V i k t qu trên, cho th y mô hình thi t k ñ m b o t t các yêu 1 c u v ch c năng ñi u khi n, ñây là cơ s quan tr ng ñ có th ti n eu () Pp 0. 8 0. 6 0. 4 hành th nghi m v i mô hình trong th c t . 0. 2 7 8 9 10 11 12 13 Tuy nhiên, v i th i gian nghiên c u có h n, lu n văn này ch Thoi gian t (s ) m i gi i quy t ñư c các v n ñ trên cơ s lý thuy t v h th ng t Hình 4.10. Công su t tác d ng Pe ñ ng n ñ nh ñi n áp và n ñ nh công su t, tri t tiêu các dao ñ ng Dòng ñi n ñ u c c máy phát It 1. 3 DONG DIEN DA U CUC MA Y PHAT It nh trong máy phát ñi n. Mô hình mô ph ng ho t ñ ng cho k t qu ps s 2A t hic h nghi k hong ps s 2A 1. 2 t t. M t trong nh ng h n ch n a là trong lu n văn này cũng ch m i 1. 1 d ng l i vi c nghiên c u n ñ nh cho m t máy phát ñ c l p n i v i u I( ) tp 1 0. 9 0. 8 h th ng, nhưng trong th c t t i các nhà máy thư ng có nhi u nhà 6 7 8 9 Thoi 10 gian t (s ) 11 12 13 máy làm vi c song song v i nhau. Do ñó, ñ có th ng d ng b ñi u Hình 4.11. Dòng ñi n ñ u c c máy phát It khi n này vào th c ti n ta c n ph i xem xét ñ n trư ng h p này và 5.3. K T LU N ñây cũng là m t hư ng phát tri n m i c a ñ tài.