Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng phương pháp mờ trượt để điều chỉnh công suất trong bộ biến đổi điện năng kép gió - lưới điện

Chia sẻ: Sdfas Vfdtg | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

76
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Điều khiển quá trình áp suất của lò hơi, Điều khiển áp suất buồng ñốt, Điều khiển mức nước trong bình hơi, Điều khiển ñiều hòa không khí trong xe hơi Điều khiển quạt gió và các thiết bị y tế.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng phương pháp mờ trượt để điều chỉnh công suất trong bộ biến đổi điện năng kép gió - lưới điện

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG TRẦN THỊ KIM THOA NG D NG PHƯƠNG PHÁP M TRƯ T Đ ĐI U CH NH CÔNG SU T TRONG B BI N Đ I ĐI N NĂNG KÉP GIÓ - LƯ I ĐI N Chuyên ngành: T ñ ng hóa Mã s : 60.52.60 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng, Năm 2012
2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. NGUY N HOÀNG MAI Ph n bi n 1: TS. NGUY N Đ C THÀNH Ph n bi n 2: PGS.TS. NGUY N H NG ANH Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 09 tháng 6 năm 2012 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 - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
3 M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài Hi n nay th gi i s d ng ch y u các ngu n năng lư ng hóa th ch (kho ng 80%) như: than, d u m , các s n ph m t d u m , khí thiên nhiên… và các ngu n năng lư ng có th s n xu t công su t l n như năng lư ng nguyên t l i ti m n m t hi m h a khôn lư ng, như v n nhà máy ñi n h t nhân Nh t B n năm 2011. Vương Qu c Anh ư c tính vào năm 2050 s c t gi m 60-80% khí th i nhà kính. Trong khi ñó ngu n th y ñi n ñã khai thác t i ña và ñư c coi r hơn l i g p nhi u khó khăn như nh hư ng l n ñ n môi trư ng, ph thu c quá nhi u vào lư ng mưa h ng năm, các v trí cao ñ xây ñ p l i r t ít, không nh ng th hi n nay các ñ u ngu n sông l n ch y v nư c ta ñã b Trung Qu c ngăn ñ p làm th y ñi n, khi n ta thi u nư c tr m tr ng. C ng v i m c tiêu th năng lư ng ngày càng tăng thì ta ph i ñ i m t v i m t th i kỳ r t khó khăn trong vi c ñáp ng cung và c u c a năng lư ng hóa th ch mà ch y u là d u m d s d ng, và r i ngu n tài nguyên h u h n này ñ n m t ngày s rơi vào tình tr ng c n ki t. Trong vài năm qua, năng lư ng gió ñã cho th y t l tăng trư ng nhanh, phát tri n r t m nh nhi u qu c gia như M , Hà Lan, Đ c …, ñây chính là ngu n năng lư ng s ch nh m thay th s thi u h t v năng lư ng hi n nay. Nư c ta là m t nư c có khí h u nhi t ñ i, v trí ñ a lý ñ c trưng, phía ñông là b bi n kéo dài trên 3000 km, phía tây là dãy Trư ng Sơn ñ i núi cao. V i v trí ñ a lý như v y ñã gây không ít khó khăn cho vi c phát tri n kinh t , tuy nhiên bên c nh ñó mang l i nhi u thu n l i cho vi c phát tri n th y ñi n, năng lư ng m t tr i, năng lư ng gió. Nên vi c xây d ng h th ng năng lư ng gió là m t ñáp án kh thi cho vi c kh ng ho ng năng lư ng trong tương lai. Do
4 ñó vi c nghiên c u năng lư ng gió là m t bi n pháp r t c n thi t nh m ngày càng hoàn thi n hơn vi c chuy n ñ i năng lư ng gió thành năng lư ng ñi n. Trong ñó, vi c thi t k b ñi u khi n cho h th ng gió theo phương pháp kinh ñi n ph thu c vào mô hình toán h c c a h . Tuy nhiên vi c xây d ng mô hình toán h c chính xác c a h th ng r t khó khi không bi t trư c s thay ñ i c a công su t gió, thông s c a h th ng, …v i thông tin ñ u vào c a h th ng ñi u khi n là ñ i lư ng phi tuy n (không rõ ràng). Đ ñơn gi n hóa cho vi c ñi u khi n, h th ng làm vi c n ñ nh, tính b n v ng cao, trong khuôn kh ñ án t t nghi p tôi nghiên c u: “ ng d ng phương pháp m trư t ñ ñi u ch nh công su t trong b bi n ñ i ñi n năng kép gió – lư i ñi n”. 2. M c ñích nghiên c u ng d ng b ñi u khi n m trư t ñ ñi u ch nh ñư c góc m c a các b bi n ñ i trong h th ng hai ngu n ñ ñi u ti t công su t v i ngu n ch ñ o là lư i ñi n. Đ m b o tính n ñ nh thông s ñ u ra cung c p cho t i và b ñi u khi n ñáp ng nhanh khi t c ñ c a gió thay ñ i. 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u - Gi i thi u t ng quan v h th ng phát ñi n gió, ñ c tính gió. - Các b bi n ñ i năng lư ng. - Gi i thi u m t vài c u trúc ñi u khi n và phương trình chuy n ñ i năng lư ng trong h th ng phát ñi n gió. - Tìm hi u thu t toán ñi u khi n m , ñi u khi n trư t. - S d ng phương pháp m trư t ñ ñi u ch nh công su t trong b bi n ñ i năng lư ng kép gió – lư i ñi n.
5 - S d ng ph n m m Matlab ñ mô ph ng sơ ñ ñi u khi n h th ng ñi u ti t công su t s d ng ngu n năng lương kép gió – lư i ñi n. 4. Phương pháp nghiên c u - Tìm hi u tài li u v năng lư ng gió. - So sánh v i các ngu n năng lư ng khác. - Tìm hi u các c u trúc ñi u khi n turbine gió. - Nghiên c u các b bi n ñ i ñi n t công su t - Xây d ng phương trình chuy n ñ i năng lư ng. - Nghiên c u các phương pháp ñi u khi n m và ñi u khi n trư t. - Xây d ng mô hình và mô ph ng. 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài Vi t Nam ñang ñ u tư xây d ng r t nhi u công trình th y ñi n và nhi t ñi n, các công trình này thư ng kéo dài và ti m năng s d n c n ki t. Do ñó vi c nghiên c u và phát tri n s d ng năng lư ng gió k t h p v i lư i ñi n là r t c n thi t và h p lý, ñ m b o khi s d ng năng lư ng kép gió – lư i ñi n thì thông s ñ u ra là n ñ nh và b ñi u khi n ñáp ng ñư c s thay ñ i c a t c ñ gió. 6. C u trúc c a lu n văn Lu n văn ñư c t ch c như sau: M ñ u: Lý do ch n ñ tài, xác ñ nh m c ñích nghiên c u, nêu lên m c tiêu c a ñ tài. Chương 1: T ng quan v năng lư ng gió và ñ c tính c a nó. Chương 2: Đi u khi n m , ñi u khi n trư t. Chương 3: Đi u khi n m - trư t cho b bi n ñ i kép. Chương 4: Mô ph ng thu t toán và nh n xét. K t lu n và hư ng phát tri n c a ñ tài. Tài li u tham kh o và ph l c.
6 CHƯƠNG 1: T NG QUAN V CÁC B BI N Đ I NĂNG LƯ NG 1.1. T NG QUAN V NĂNG LƯ NG GIÓ VÀ Đ C TÍNH C A NÓ 1.1.1. L ch s phát tri n năng lư ng gió 1.1.2. Tình hình s d ng năng lư ng gió trên th gi i và Vi t Nam hi n nay 1.1.2.1. các nư c trên th gi i 1.1.2.2. Vi t Nam 1.1.3. Giá thành ngu n năng lư ng gió 1.1.4. Năng lư ng gió và môi trư ng 1.1.5. Năng lư ng gió 1.1.6. Gi i thi u m t vài c u trúc ñi u khi n h th ng tua bin gió 1.1.6.1. H s công su t c a Tua bin gió 1.1.6.2. Khái quát v các thành ph n c u t o c a h máy phát dùng s c gió 1.2. GI I THI U CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐI U KHI N H MÁY PHÁT ĐI N DÙNG S C GIÓ 1.2.1. V n ñ khi ñi u khi n h th ng bi n ñ i năng lư ng gió. Trong vi c ñi u khi n h th ng bi n ñ i năng lư ng gió có r t nhi u v n ñ ñư c ñ t ra: Các v n ñ liên quan ñ n tua bin gió: - Các phương pháp ñi u khi n dòng năng lư ng trong h th ng bi n ñ i năng lư ng gió. - S bi n thiên công su t c a các máy phát tua bin gió n i v i h th ng ñi n.
7 - Đi u khi n Pitch, tua bin máy phát s c gió nhi u t c ñ . - Thi t k ñ ng l c h c cánh gió. - Các phương pháp thi t k cho các Tua bin gió xa b . - Khai thác hi u qu v n ñ u tư cho thi t k . Các v n ñ liên quan ñ n ñi u khi n và mô hình hóa h th ng gió: - Mô hình hóa ñ ng l c c a máy phát ñi n s c gió. - Đi u khi n t i ưu công su t tác d ng và ph n kháng trong h máy phát s d ng s c gió. - Các phương pháp ñi u khi n máy phát ñi n s c gió. - H máy phát s c gió làm vi c ñ c l p, k t h p v i h máy phát s d ng ngu n khác. 1.2.2. Các phương pháp ñi u khi n máy phát ñi n s c gió 1.2.2.1. Đi u khi n c c ñ i hóa công su t 1.2.2.2. Đi u khi n t c ñ 1.2.2.3. Đi u khi n pitch 1.2.2.4. Đi u khi n stall-control (ñi u khi n c ñ nh) 1.2.2.5. Đi u khi n active stall control 1.2.2.6. M t vài c u trúc ñi u khi n K t lu n chương Chương 1 ñã trình bày tính c p thi t s d ng ngu n năng lư ng gió d n thay th cho các ngu n năng lư ng khác và các mô hình ñi u khi n trong h này. Phân tích t ng c u trúc ñi u khi n ta ch n ñư c mô hình h th ng tuabin gió v i máy phát ngu n kép. T t c các k thu t này làm cơ s ñ ti p t c nghiên c u các k thu t trong các thu t toán ñi u khi n chương 2.
8 CHƯƠNG 2: ĐI U KHI N M VÀ ĐI U KHI N TRƯ T 2.1. ĐI U KHI N M Đi u khi n m d a trên cơ s lý thuy t m , hi n ñang chi m m t v trí r t quan tr ng trong ñi u khi n hi n ñ i, vì nó ñ m b o tính kh thi c a h th ng r t cao, ñ ng th i l i th c hi n t t các ch tiêu c a h như tác ñ ng nhanh cao, tính b n v ng cao và n ñ nh t t, d dàng thi t k và thay ñ i. Th m nh ñi u khi n m là trong h th ng ñi u khi n phi tuy n, h th ng ñi u khi n mà các thông tin ñ u vào ho c ñ u ra không ñ ho c không chính xác, h th ng ñi u khi n khó xác ñ nh mô hình ho c không xác ñ nh ñư c mô hình ñ i tư ng. B ñi u khi n m ng d ng trong công nghi p như: ñi u khi n nhi t ñ , ñi u khi n giao thông v n t i, ñi u khi n trong các thi t b dân d ng. 2.1.1. Đ nh nghĩa t p m 2.1.2. Mô hình m Hi n nay có hai quan ñi m v mô hình m thư ng ñư c s d ng. Đó là mô hình m Mamdani và mô hình m Sugeno. 2.1.2.1. Mô hình m Mamdani 2.1.2.2. Mô hình m Sugeno 2.1.3. Nguyên t c t ng h p m t b ñi u khi n m 2.1.4. Các bư c th c hi n khi xây d ng b ñi u khi n m - Đ nh nghĩa t t c các bi n ngôn ng vào ra - Đ nh nghĩa t p m (giá tr ngôn ng ) cho các bi n vào/ra - Xây d ng các lu t ñi u khi n, có nghĩa là ch n các h s ci (i=1,2,3,...,n) cho t ng lu t “N U … THÌ … “ c a b ñi u khi n.
9 2.2. ĐI U KHI N TRƯ T Đi u khi n trư t là phương pháp ñi u khi n b n v ng và hi u qu ñ i v i các h th ng phi tuy n và b t ñ nh. Tuy v y, ñi u khi n trư t (SMC) cũng t n t i như c ñi m như: X y ra hi n tư ng rung (chattering) s nh hư ng ñ n các thi t b và làm hư h ng các thi t b ñó. Đ gi m hi n tư ng rung c a SMC, ngư i ta ñưa ra nhi u phương pháp như s d ng k t h p ñi u khi n m -trư t, m -nơron-trư t, thích nghi trư t v. v... K t lu n chương Chương 2 ñã nêu ra ñư c các v n ñ sau: - Phương pháp ñi u khi n trư t. Phương pháp này áp d ng hi u qu ñ i v i h th ng phi tuy n và b t ñ nh. Đ m b o tính n ñ nh và nâng cao ñư c ch t lư ng h th ng. Nhưng phương pháp này còn t n t i hi n tư ng rung s nh hư ng ñ n thi t b và làm hư h ng các thi t b . Đ gi i quy t v n ñ này ta nghiên c u ti p phương pháp ñi u khi n m . - Phương pháp ñi u khi n m : Đ m b o tính kh thi c a h th ng r t cao, ñ ng th i l i th c hi n t t các ch tiêu c a h như tác ñ ng nhanh cao, tính b n v ng cao và n ñ nh t t, d dàng thi t k và thay ñ i.
10 CHƯƠNG 3: ĐI U KHI N M TRƯ T CHO B BI N Đ I KÉP 3.1. MÁY ĐI N C M NG KÍCH T KÉP (DFIG) Trong máy ñi n DFIG m ch ñi n stator c a DFIG k t n i v i lư i, còn m ch ñi n rotor k t n i v i b chuy n ñ i thông qua vòng trư t. Hình 3.1. Mô hình máy ñi n c m ng kích t kép Mô hình máy ñi n c m ng rotor dây qu n trong h t a ñ tham chi u d-q vuông góc. Phương trình ñi n áp stator và rotor. d ψ sd v sd = R s i sd + − ω sψ sq dt d ψ sq v sq = R s i sq + + ω sψ sd dt d ψ rd v rd = R r i rd + − (ω s − ω )ψ rq (3.1) dt d ψ rq v rq = R r irq + − (ω s − ω )ψ rd dt T thông stator và rotor.
11 ψ sd = Ls isd + Lm * ird ψ sq = Ls isq + Lm * irq (3.2) ψ rd = Lr isd + Lm * isd ψ sd = Lr irq + Lm * isq Momen ñi n t . Te = pLm(ird isq − irq isd ) (3.3) 3 3 3 Te = p (ψ qr idr −ψ dr iqr ) = p (ψ ds iqs −ψ qs ids ) = p (ψ dr iqs − ψ qr ids ) e e e e e e e e e e e e 2 2 2 Và phương trình quan h momen. dω Te − Tr = J (3.4) dt Vector bi u th tr ng thái h th ng. X = isd[ isq ird irq ] T H phi tuy n có phương trình tr ng thái như sau • X = A. X + B.U (3.5) V i: T • d d d d  X =  isd isq ird irq (3.6)  dt dt dt dt   U = Vsd[ Vsq Vrd Vrq ] T (3.8) Đi u khi n máy ñi n c m ng kích t kép cho phép ñi u khi n ñ c l p công su t tác d ng và công su t ph n kháng b ng ñi n áp rotor ñư c phát b i m t b chuy n ñ i. ñây công su t tác d ng và ph n kháng ñư c ñi u khi n riêng l . Công su t tác d ng ñư c ñi u khi n b i dòng rotor theo h qui chi u ngang, công su t ph n kháng ñư c ñi u khi n b i dòng rotor theo hư ng th ng.
12 Lm Ps = −Vs . irq Ls (3.10) 2 V Lm Qs = s i − Vs . ird ω s Ls Ls Quá trình tính toán ñưa ra ñư c i u th c ñi n áp theo dòng rotor. • 1 1 i rd = − i rd + g .ω s .irq + Vrd σ .Tr σ .Lr (3.11) • 1 Lm 2 1 1 i rq = −( + ) i rq − g .ω s .i rd + Vrq Tr Ls .Ts .Lr σ σ .L r V i: Lr Ls ωs − ω Lm 2 Tr = ; Ts = ; g= ; σ = 1− (3.12) Rr Rs ωs L s .Lr 3.2. NG D NG PHƯƠNG PHÁP M TRƯ T Đ ĐI U CH NH B BI N Đ I Dòng rotor ( quan h v i công su t tác d ng và công su t ph n kháng công th c 3.10) xem xét phù h p, vì v y ñi u khi n m trư t cơ b n d a trên mô hình ñư c s d ng. 3.2.1 Phương pháp m trư t ñi u ch nh dòng rotor h qui chi u q 3.2.1.1. Đi u khi n trư t Sai l ch tương ng c a m t trư t là gi a dòng rotor ño ñư c và dòng rotor tham kh o c a h qui chi u q như sau. e = i*rq - irq (3.13) Dùng m t trư t S(irq) = e = i*rq - irq (3.14) • • • • S (irq ) = e = i *rq - i rq (3.15) Thay công th c (3.11) vào (3.15) ta ñư c:
13 • • 1 Lm 2 1 1 S (irq ) = i *rq - ( −( + ) irq − g .ω s .ird + Vrq ) (3.16) Tr Ls .Ts .Lr σ . σ .Lr V i: Vrq = Vrq + Vrq eq n (3.17) Trong th i gian trư t chúng ta có: • S (irq) = 0; S (irq ) = 0; Vrq = 0 . n (3.18) Thành ph n liên t c. • 1 Lm 2 1 Vrq = (i * rq + ( + eq ) irq + g .ω s .i rd )σ .Lr (3.19) Tr Ls .Ts .Lr σ Thành ph n gián ño n hàm sign. Vrq = k 'Vrq .sign(s(irq )) = kVrq .sat ( s(irq )) n (3.20) 3.2.1.2. Đi u khi n m cho ph n gián ño n T ng h p ñi u ch nh m - PI Hình 3.4. T ng h p ñi u ch nh m - PI h qui chi u q V i mô hình ta có . u = Ks.S (3.24) ho c
14 S = kVrq .sat ( s (irq )) (3.25) Đ u ra c a m - PI y = k p .u + ∫ k i .u (3.26) Thay công th c (3.22) vào (3.23). y = k p .( K s kVrq .sat ( s (irq )) + ∫ k i ( K s .kVrq .sat ( s (irq )) (3.27) Trong ñó: Ks: h s c a dòng ñi n ph ng kp: h s t l ki: h s tích phân kVrq: h s âm 3.2.2. Phương pháp m trư t ñi u ch nh dòng rotor h qui chi u d 3.2.2.1. Đi u khi n trư t Sai l ch tương ng c a m t trư t là gi a dòng rotor ño ñư c và dòng rotor tham kh o c a h qui chi u q như sau. e = i*rd - ird (3.28) Dùng m t trư t S(ird) = e = i*rd - ird (3.29) • • • • S (ird ) = e = i *rd - i rd (3.30) Thay công th c (3.11) vào (3.15) ta ñư c. • • 1 1 S (ird ) = i *rd - (− ird + g .ω s .irq + + Vrd ) (3.31) σ .Tr σ . Lr V i Vrd = Vrd + Vrd eq n (3.32) Trong th i gian trư t chúng ta có:
15 • S (ird ) = 0; S (ird ) = 0; Vrd = 0 . n (3.33) Thành ph n liên t c. • 1 Vrd = (i *rd + ( eq i − g .ω s .irq )σ .Lr (3.34) σ .Tr rd Thành ph n gián ño n. Vrd = kVrd .sat ( s (ird )) n (3.35) 3.2.2.2. Đi u khi n m cho ph n gián ño n T ng h p ñi u ch nh m - PI Hình 3.5. T ng h p ñi u ch nh m - PI h qui chi u d V i mô hình ta có . u = Ks.S (3.36) ho c S = kVrd .sat (σ (ird )) (3.37) Đ u ra c a m - PI y = k p .u + ∫ k i .u (3.38) Thay công th c (3.22) vào (3.23). y = k p .( K s kVrd .sat (σ (ird )) + ∫ ki ( K s .kVrd .sat (σ (ird )) (3.39) Trong ñó: Ks: h s c a dòng ñi n ph ng
16 kp: h s t l ki: h s tích phân kVrq: h s âm 3.2.3. Đánh giá k t qu sai l ch b ng tiêu chu n tích phân Đánh giá sai l ch b ng tiêu chu n tích phân. t J = ∫ e 2 dt (3.40) 0 Sai l ch tương ng c a m t trư t là gi a dòng rotor ño ñư c và dòng rotor tham kh o. e = i*rdq - irdq (3.41) Hình 3.6. Đánh giá k t qu sai l ch b ng tiêu chu n tích phân. K t lu n chương Chương 3 ta tìm hi u ñư c cơ s lý thuy t c a ñ i tư ng ñi u khi n và ng d ng ñư c phương pháp ñi u khi n m trư t vào h th ng, nh m n ñinh và nâng cao ch t lư ng ñi n áp khi hòa lư i. Trên cơ s ñó ta xây d ng ñư c chương trình mô ph ng h th ng năng lư ng gió s d ng phương pháp ñi u khi n m trư t ñi u ch nh b bi n ñ i n i v i rotor chương 4.
17 CHƯƠNG 4: MÔ PH NG VÀ NH N XÉT 4.1. THÔNG S VÀ MÔ HÌNH MÔ PH NG 4.1.1. Mô hình toàn h th ng - Mô hình simulink t máy phát ñi n turbine gió t c ñ thay ñ i s d ng máy ñi n c m ng ngu n ñôi (DFIG) k t n i lư i ñi n. Hình 4.2. Mô hình toàn h th ng v i t c ñ gió và công su t t i thay ñ i Hình 4.3. Mô hình máy phát và b chuy n ñ i Ngu n: power_wind_dfig_det c a demo Matlab 7.8 R2009a
18 Hình 4.4. Mô hình b ñi u khi n Ngu n: power_wind_dfig_det c a demo Matlab 7.8 R2009a 4.1.2. Thông s cài ñ t Hình 4.5. Thông s cài ñ t
19 4.1.3. Mô hình ñi u khi n phía rotor (RSC) Hình 4.6. Mô hình ñi u khi n phía rotor s d ng b ñi u khi n PI Ngu n: power_wind_dfig_det c a demo Matlab 7.8 R2009a Hình 4.7. Mô hình ñi u khi n phía rotor s d ng phương pháp m trư t 4.1.4. B ñi u khi n m trư t Hình 4.8. Mô hình ñi u khi n m trư t phía rotor
20 Hình 4.9. Mô hình ñi u khi n m - PI cho ph n gián ño n h qui chi u d Hình 4.10. Mô hình ñi u khi n m - PI cho ph n gián ño n h qui chi u q Hình 4.11. Bi n vào ra và các giá tr t i h n