Đặng Danh Hoằng<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
64(02): 70 - 74<br />
<br />
HOÀ ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN LÊN LƯỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP<br />
ĐIỀU KHIỂN PASSIVITY – BASED<br />
<br />
Đặng Danh Hoằng<br />
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp<br />
<br />
TÓM TẮT<br />
Việc điều khiển hoà đồng bộ máy phát điện lên lƣới là một trong những vấn đề quan trọng của hệ<br />
thống máy phát điện sử dụng máy điện dị bộ nguồn kép (MDBNK). Bài báo này đƣa ra một<br />
phƣơng pháp điều khiển mới để điều khiển máy phát và tự động quá trình hoà đồng bộ máy phát<br />
vào lƣới điện, đó là phƣơng pháp điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động (Passivity – Based).<br />
Từ khoá: Hoà đồng bộ máy phát điện<br />
<br />
MỞ ĐẦU<br />
Hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị bộ<br />
nguồn kép, đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ<br />
trên toàn thế giới. Hiện nay trên thế giới cũng<br />
nhƣ ở nƣớc ta chƣa có một công trình khoa học<br />
nào nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển phi<br />
tuyến dựa trên thụ động (Passivity – Based) áp<br />
dụng cho đối tƣợng này. Vì vậy bài báo này đƣa<br />
ra phƣơng pháp điều khiển Passivity – Based để<br />
điều khiển máy phát điện dị bộ nguồn kép,<br />
trong đó tập trung vào vấn đề tự động hoà đồng<br />
bộ máy phát lên lƣới thay vì sử dụng phƣơng<br />
pháp đèn hoà đồng bộ trƣớc đây.<br />
CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN<br />
*<br />
<br />
C<br />
<br />
MĐ<br />
<br />
u<br />
<br />
us<br />
<br />
N<br />
<br />
NLPL<br />
<br />
NLPMP<br />
UD<br />
<br />
3<br />
<br />
~=<br />
<br />
C<br />
<br />
=<br />
<br />
3~<br />
<br />
3<br />
<br />
MP<br />
<br />
~<br />
ir<br />
<br />
iN<br />
<br />
Thiết bị điều khiển<br />
<br />
IE<br />
<br />
is<br />
n<br />
<br />
(DSP)<br />
<br />
Hình 1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống máy phát<br />
điện sử dụng MDBNK<br />
<br />
NLPL: Nghịch lƣu phía lƣới<br />
NLPMP: Nghịch lƣu phía máy phát.<br />
MĐC: Máy đóng cắt.<br />
IE: Thiết bị đo tốc độ bằng khắc vạch<br />
<br />
MP: Máy phát (sử dụng MDBNK)<br />
Từ sơ đồ cấu trúc hình 1, ta thấy hệ<br />
thống gồm 2 phần điều khiển cơ bản:<br />
+ Điều khiển phía lƣới<br />
+ Điều khiển phía máy phát<br />
Hai phần điều khiển đều điều khiển bộ biến<br />
đổi công suất (nghịch lƣu) và hai cụm nghịch<br />
lƣu này đƣợc nối với nhau bởi mạch một<br />
chiều trung gian. Ở đây ta chỉ quan tâm đến<br />
cụm NLPMP, nó có 2 nhiệm vụ điều chỉnh<br />
và cách ly công suất hữu công và vô công<br />
gián tiếp thông qua 2 đại lƣợng mô men mG<br />
và Q đồng thời có nhiệm vụ thực hiện hoà<br />
đồng bộ cũng nhƣ điều chỉnh tách máy phát<br />
ra khỏi lƣới khi cần thiết.<br />
TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN DÕNG ĐIỆN<br />
RÔTO THEO PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU<br />
KHIỂN PHI TUYẾN PASSIVITY – BASED<br />
Để điều khiển máy phát, cũng nhƣ thực hiện<br />
hoà đồng bộ máy phát điện lên lƣới ta sử<br />
dụng sơ đồ cấu trúc điều khiển phía máy phát<br />
nhƣ hình 2. Ở đây tác giả sử dụng phƣơng<br />
pháp Passivity – Based (dựa trên thụ động) để<br />
thiết kế bộ điều khiển dòng điện rotor cho<br />
máy phát điện dị bộ nguồn kép.<br />
Nhƣ trong [1], [3] hệ phƣơng trình mô tả mô<br />
hình dòng rotor của MDBNK sau khi đƣợc<br />
tách ra trên hệ trục toạ độ dq nhƣ sau:<br />
<br />
xung.<br />
*<br />
<br />
Tel: 0974.155.446<br />
<br />
70<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Đặng Danh Hoằng<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
1 1 1<br />
dird<br />
dt ( T T )ird r irq <br />
r<br />
s<br />
<br />
1 1 '<br />
1<br />
1<br />
'<br />
( sd sq ) <br />
urd <br />
.u<br />
<br />
<br />
T<br />
<br />
L<br />
Lm sd<br />
s<br />
r<br />
<br />
<br />
dirq 1 ( 1 1 )i i <br />
rq<br />
r rd<br />
dt<br />
Tr<br />
Ts<br />
<br />
1 ( 1 ' ' ) 1 u 1 .u<br />
T sq<br />
sd<br />
Lr rq Lm sq<br />
s<br />
<br />
<br />
64(02): 70 - 74<br />
Lưới<br />
<br />
u<br />
<br />
(1)<br />
<br />
v w<br />
<br />
MĐN<br />
Từ mạch một<br />
chiều trung gian<br />
<br />
uDC<br />
Khâu ĐCMM<br />
<br />
mG<br />
<br />
*<br />
<br />
mG<br />
<br />
-<br />
<br />
TSP<br />
<br />
Q*<br />
Q<br />
<br />
-<br />
<br />
isdq<br />
<br />
Khâu ĐCQ<br />
<br />
s<br />
<br />
i*rd<br />
<br />
urd<br />
<br />
i*rq<br />
<br />
urq<br />
<br />
usdq<br />
<br />
ĐCDMP<br />
<br />
’*sd r<br />
<br />
ura<br />
<br />
ejr<br />
<br />
u*sdq<br />
<br />
tr<br />
ts<br />
tt<br />
<br />
urb<br />
<br />
r<br />
S<br />
<br />
t<br />
<br />
ĐCVTKG<br />
<br />
r<br />
<br />
3~<br />
MP<br />
<br />
NL<br />
<br />
q<br />
<br />
irq<br />
<br />
irr<br />
<br />
ir<br />
<br />
ird<br />
<br />
r<br />
<br />
3<br />
<br />
e<br />
<br />
irβ<br />
<br />
-jr<br />
<br />
irs<br />
<br />
IE<br />
n<br />
<br />
2<br />
<br />
Q<br />
mG<br />
<br />
r<br />
<br />
GTT<br />
i<br />
<br />
*<br />
’ sd<br />
<br />
*<br />
rd<br />
<br />
i*rq<br />
<br />
is<br />
<br />
isd<br />
<br />
<br />
<br />
isq<br />
<br />
isβ<br />
<br />
e-jN<br />
<br />
isu<br />
isv<br />
<br />
2<br />
<br />
*<br />
<br />
’ sq<br />
*<br />
<br />
N<br />
<br />
u sd<br />
*<br />
u sq<br />
<br />
3<br />
<br />
uNu<br />
<br />
GTĐ<br />
N<br />
<br />
PLL<br />
uNd =<br />
<br />
uNv<br />
<br />
us<br />
<br />
Hình 2. Hệ thống điều khiển máy phát (MDBNK) trong hệ thống phát điện sức gió sử<br />
dụng bộ điều chỉnh Passivity - Based<br />
<br />
71<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Đặng Danh Hoằng<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
Để đặt bài toán điều chỉnh các thành phần<br />
của ir, ta đặt biến ir là biến điều khiển và với<br />
giá trị mong muốn là i*r đƣợc lấy từ bộ điều<br />
chỉnh mô men mG và công suất Q thông qua<br />
khâu tính toán giá trị đặt (GTĐ).<br />
Bộ điều chỉnh dựa trên thụ động (viết tắt:<br />
PBC) đƣợc xây dựng theo nguyên tắc là cần<br />
phải tác động vào tín hiệu điều khiển một tín<br />
hiệu dạng D().ir - gọi là tín hiệu suy giảm,<br />
và D() gọi là hệ số suy giảm.<br />
Tín hiệu điều khiển của bộ điều chỉnh dòng<br />
máy phát đƣợc xác định:<br />
<br />
u rdPBC u *rd D( ).ird<br />
u rqPBC u *rq D( ).irq<br />
Trong đó:<br />
<br />
(2)<br />
<br />
u rdPBC ; u rqPBC là điện áp do bộ điều<br />
<br />
khiển PBC tạo ra (theo các thành phần d và q)<br />
u*rd; u*rq là điện áp rotor mong muốn<br />
của máy phát (theo các thành phần d và q)<br />
đƣợc xác định theo (1).<br />
<br />
ird ird* ird<br />
irq irq* irq<br />
<br />
r <br />
<br />
d r dl d<br />
<br />
<br />
l (4)<br />
dt<br />
dt<br />
dt<br />
<br />
Từ (4) rõ ràng thấy từ trƣờng quay do dòng<br />
điện rotor sinh ra sẽ quay với tốc độ r so với<br />
rotor, mà rotor quay với tốc độ so với stato,<br />
do đó từ trƣờng quay rotor sẽ có tốc độ:<br />
rs = r +<br />
(5)<br />
So sánh (4) và (5) thì từ trƣờng rotor sẽ cảm<br />
ứng vào stato điện áp có tần số góc rs đúng<br />
bằng tần số góc lƣới l, nghĩa là cùng tần số<br />
với điện áp lƣới. Nhƣ vậy với việc đƣa góc<br />
chuyển đổi r vào biến tần thì sẽ đảm bảo<br />
điều kiện tần số điện áp đầu ra máy phát và<br />
điện áp lƣới có cùng tần số.<br />
- Để điều kiện trùng pha đƣợc đảm bảo, ta<br />
thực hiện thông qua điều khiển các thành<br />
phần dòng điện rotor ird và irq, có giá trị thích<br />
hợp. Theo [1], [5], ta phải điều khiển sao cho<br />
ird = 0 và irq < 0.<br />
- Xác định mối quan hệ giữa trị số biên độ<br />
điện áp lƣới (ulm), điện áp đầu ra máy phát<br />
(usm) và giá trị irq. Xuất phát từ phƣơng trình<br />
véc tơ điện áp stato:<br />
<br />
là sai lệch dòng điện rotor<br />
<br />
giữa giá trị đặt và giá trị thực lấy từ máy phát<br />
(theo các thành phần d và q).<br />
Với D() là hệ số suy giảm đƣợc chọn sao<br />
cho hàm trữ năng lƣợng của biến điều khiển<br />
vẫn giữ đƣợc đặc điểm thụ động.<br />
Bộ điều khiển dòng điện thực hiện quá trình<br />
hoà đồng bộ, cần phải thoả mãn các điều kiện<br />
hệ thống điện áp đầu ra máy phát so với hệ<br />
thống điện áp lƣới:<br />
+ Cùng tần số<br />
+ Cùng góc pha<br />
+ Cùng trị số<br />
Muốn vậy trong quá trình điều khiển ta cần<br />
phải xác định các giá trị sau để thoả mãn các<br />
điều kiện đặt ra ở trên:<br />
- Xác định góc chuyển đổi r đƣa vào biến tần<br />
để đảm bảo điều kiện điện áp cùng tần số:<br />
r = l - <br />
(3)<br />
Với: l - góc quay của véc tơ không gian điện<br />
áp lƣới, - góc quay của rotor (góc điện)<br />
Để thấy đƣợc việc xác định r theo (3) là thoả<br />
mãn điều kiện cùng tần số, ta xuất phát từ:<br />
<br />
64(02): 70 - 74<br />
<br />
d s<br />
js s<br />
dt<br />
s Lm .i r<br />
<br />
us <br />
<br />
(6)<br />
<br />
Từ (6) suy ra us js Lm .ir<br />
Và ở đây ta chuyển sang hệ trục toạ độ dq tựa<br />
theo điện áp lƣới, ta có:<br />
<br />
usd s Lm .irq<br />
usq s Lm .ird 0( ird 0 )<br />
<br />
(7)<br />
<br />
Từ (7), dễ dàng có:<br />
usm = usd = - s.Lm.irq<br />
(8)<br />
Để điện áp máy phát và điện áp lƣới có cùng<br />
trị số (usm = ulm), theo (8) ta có ngay:<br />
<br />
u<br />
irq lm<br />
s Lm<br />
<br />
(9)<br />
<br />
* Để tự động hoà đồng bộ ta chỉ cần kiểm tra<br />
tín hiệu ird và irq nếu đảm bảo ird = 0 và irq =<br />
const < 0, thì sau một vài chu kỳ (do ta đặt<br />
thiết bị đo lường và điều khiển) hệ thống sẽ tự<br />
động hoà đồng bộ máy phát lên lưới điện.<br />
SƠ ĐỒ VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG<br />
MATLAB – SIMULINK – PLECS<br />
<br />
72<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Đặng Danh Hoằng<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
Mô phỏng hệ thống máy phát điện<br />
không đồng bộ nguồn kép với bảng số liệu:<br />
Pđm = 7.5<br />
KW<br />
Uđms =<br />
230/400(/)<br />
fđm = 50 Hz<br />
<br />
Uđmr = 366<br />
V<br />
nđm =1950<br />
V/p<br />
Rs =0.5035<br />
<br />
Iđmr = 6,7 A<br />
Cosđm =<br />
0.85<br />
<br />
zp = 2<br />
J<br />
=<br />
0.05Kgm2<br />
<br />
Rr = 0.66 <br />
<br />
400<br />
<br />
64(02): 70 - 74<br />
<br />
ulƣới<br />
<br />
uphát<br />
<br />
300<br />
200<br />
<br />
Ls = 0.033H<br />
<br />
100<br />
<br />
Ls = 0.0049H<br />
<br />
0<br />
<br />
Lm = 0,0805H<br />
Iđms =<br />
32,4/17,8A(/)<br />
<br />
-100<br />
-200<br />
-300<br />
<br />
2<br />
<br />
-400<br />
0.15<br />
<br />
1<br />
<br />
0.16<br />
<br />
0.17<br />
<br />
0.18<br />
<br />
0.19<br />
<br />
0.2<br />
<br />
0.21<br />
<br />
0.22<br />
<br />
0.23<br />
<br />
0.24<br />
<br />
0.25<br />
<br />
Hình 5. Đáp ứng điện áp pha máy phát và<br />
điện áp pha lƣới<br />
<br />
0<br />
-1<br />
<br />
400<br />
-2<br />
<br />
300<br />
-3<br />
<br />
200<br />
<br />
-4<br />
-5<br />
<br />
100<br />
<br />
-6<br />
<br />
0<br />
<br />
-7<br />
<br />
0<br />
<br />
0.05<br />
<br />
0.1<br />
<br />
0.15<br />
<br />
0.2<br />
<br />
0.25<br />
<br />
Hình 3. Sơ đồ mô phỏng hệ thống<br />
Dang Danh Hoang<br />
Thai Nguyen University of Technology<br />
<br />
-200<br />
<br />
ird<br />
<br />
i*rd<br />
<br />
-100<br />
<br />
-300<br />
-400<br />
<br />
mG<br />
pulses1<br />
<br />
mG_ref<br />
Q<br />
<br />
Q_ref<br />
<br />
mM_ref<br />
pulses<br />
Q_ref<br />
us_dq<br />
is_dq<br />
omegaS mG<br />
P's_dq<br />
ir_dq<br />
omegaR cos phi<br />
thetaR<br />
omega<br />
i*r<br />
uDC<br />
<br />
f(u)<br />
Q -> cos<br />
<br />
mG<br />
<br />
omegaS<br />
pulses2 theta_grid<br />
<br />
irq<br />
<br />
us_dq<br />
Sync<br />
<br />
i*rq<br />
<br />
is_dq<br />
<br />
cos phi<br />
0<br />
<br />
sinphi_ref<br />
<br />
1000<br />
<br />
uDC_ref<br />
<br />
uDC_ref<br />
<br />
Sync<br />
ir_dq<br />
<br />
uDC<br />
<br />
iN_dq<br />
<br />
ugrid<br />
<br />
P's_dq<br />
<br />
omg_grid<br />
<br />
voltage dip<br />
<br />
Fault<br />
Generator Side<br />
Controller<br />
<br />
Ugrid_dq<br />
<br />
i_stator<br />
<br />
mL<br />
<br />
125.6<br />
<br />
Omega_roto<br />
<br />
uDC<br />
<br />
thetaR<br />
<br />
Constant<br />
<br />
uDC<br />
<br />
cosphi<br />
<br />
theta<br />
<br />
omegaR<br />
<br />
RSw itch<br />
<br />
u_grid<br />
<br />
iN_dq cos phi<br />
<br />
omega<br />
<br />
OmegaR<br />
<br />
Grid Side<br />
Controller<br />
<br />
DFIM Model<br />
-Kn<br />
<br />
Hình 4. Đáp ứng dòng điện ird và irq<br />
theo giá trị đặt<br />
<br />
0.05<br />
<br />
0.1<br />
<br />
0.15<br />
<br />
0.2<br />
<br />
0.25<br />
<br />
0.3<br />
<br />
Hình 6. Đáp ứng điện áp pha máy phát và điện<br />
áp pha lƣới khi hoà đồng bộ lên lƣới ở 0,2s<br />
<br />
i_rotor<br />
<br />
pulses<br />
<br />
RSwitch<br />
<br />
Fault1<br />
<br />
0<br />
<br />
KẾT LUẬN<br />
- Kết quả mô phỏng ta thấy bộ điều chỉnh đã<br />
điều khiển đƣợc các dòng điện thành phần ird<br />
và irq đảm bảo ird = 0 và irq < 0, sau 0,12s<br />
(hình 4) và ta thấy điện áp pha của lƣới và<br />
máy phát trùng nhau sau 0,12s (hình 5). Đồng<br />
thời đến 0,2s thì hoà đồng bộ lên lƣới (hình 6)<br />
và ta thấy chúng vẫn trùng nhau. Nhƣ vậy với<br />
kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển đã giải<br />
quyết đƣợc các vấn đề bài báo đặt ra.<br />
- Bài báo mở ra một phƣơng pháp thiết kế phi<br />
tuyến mới để điều khiển quá trình làm việc<br />
của máy phát điện dị bộ nguồn kép, trong đó<br />
có hoà đồng bộ lên lƣới.<br />
<br />
73<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Đặng Danh Hoằng<br />
<br />
Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br />
<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
[1] Cao Xuân Tuyển (2008): “Tổng hợp các thuật<br />
toán phi tuyến trên cơ sở phương pháp<br />
Backstepping để điều khiển máy phát điện dị bộ<br />
nguồn kép trong hệ thống máy phát điện sức gió”,<br />
Luận án Tiến sỹ kỹ thuật.<br />
[2] Levent U.gödere, Marwan A. Simaan, Charles<br />
W. Brice (1997): “Passivity – Based Control of<br />
Saturated Induction Motors”, IEEE.<br />
[3] Ng.Ph.Quang (2004): “Matlab Simulink<br />
dành cho kỹ sư điều khiển tự động”. Nxb Khoa<br />
học và Kỹ thuật, Hà Nội.<br />
<br />
64(02): 70 - 74<br />
<br />
[4] Ng.Ph.Quang, Andreas Dittrich: “Truyền động<br />
điện thông minh”. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà<br />
Nội, 2002.<br />
[5] Ng.Ph.Quang (1996), “Điều khiển tự động<br />
truyền động điện xoay chiều ba pha”. Nxb Giáo<br />
dục, Hà Nội, 1996.<br />
[6] N.D.Phƣớc, P.X.Minh, H.T.Trung (2003): Lý<br />
thuyết điều khiển phi tuyến. Nxb Khoa học và Kỹ<br />
thuật, Hà Nội.<br />
[7] R.Ortega, A.Loria, P.J.Nicklasson, H.SiraRamírez (1998): “Passivity-based Control of<br />
Euler Lagrange Systems: Mechanical, Electrical<br />
and Electromechanical Applications”. SpringerVerlay, London-Berlin-Heidelberg.<br />
<br />
SYNCHRONIZE ELECTRIC GENERATORS TO A POWER GRID BY<br />
PASSIVITY - BASED CONTROL METHODOLOGY<br />
Dang Danh Hoang2<br />
Thai Nguyen University of Tecnology<br />
<br />
SUMMARY<br />
Synchronizing electric generators to a power grid is one of the most critical issues of the power<br />
systems using double-fed induction machines (DFIM). In this paper, a new controlling approach<br />
which control and synchronize electric generators to the grid automatically is represented. This<br />
methodology is called the passitivity-based non-linear control.<br />
Key word: Synchronize electric generators<br />
<br />
2<br />
<br />
Tel:0974.155.446<br />
<br />
74<br />
<br />
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br />
<br />
http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
