intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Thiết kế bộ điều khiển mờ kết hợp AVR và PSS nâng cao chất lượng quá trình quá độ của hệ thống điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST
Báo xấu
12
lượt xem 4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển mờ (FC) phối hợp sự tác động của bộ AVR với bộ PSS để nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống cung cấp điện. Bộ điều khiển FC được thiết kế có hai đầu vào là điện áp và tốc độ của roto máy phát, hai đầu ra là KA, KP để dung hòa sự tác động của bộ AVR với bộ PSS.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế bộ điều khiển mờ kết hợp AVR và PSS nâng cao chất lượng quá trình quá độ của hệ thống điện

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ KẾT HỢP AVR VÀ PSS NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Nguyễn Đắc Nam*, Nguyễn Ngọc Phương Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì * Email: dacnam75@gmail.com Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển mờ (FC) phối hợp sự tác động của bộ AVR với bộ PSS để nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống cung cấp điện. Bộ điều khiển FC được thiết kế có hai đầu vào là điện áp và tốc độ của roto máy phát, hai đầu ra là KA, KP để dung hòa sự tác động của bộ AVR với bộ PSS. Kết quả mô phỏng cho thấy giải pháp đề xuất đã nâng cao được chất lượng điện năng của hệ thống trong chế độ quá độ. Từ khóa: AVR, PSS, FC, ổn định hệ thống điện DESIGN OF FUZZY CONTROLLER COMBINED WITH AVR AND PSS IMPROVING THE TRANSITION STABILITY OF POWER SYSTEM Abstract: The paper presents the results of fuzzy controller design (FC) that coordinates the impact of the AVR unit with the PSS to improve the power quality of the power supply system. The FC controller is designed with two inputs of voltage and rotor speed generator, two outputs are KA, KP to reconcile the impact of AVR with PSS. The simulation results show that the proposed solution has improved the power quality of the system in transition mode. Keyword: AVR, PSS, FC, power system stability 1. GIỚI THIỆU Trong quá trình vận hành hệ thống điện, biệt khi máy phát được nối với hệ thống qua thông qua các bộ kích từ máy phát điện liên đường dây dài. Những bộ AVR hiện đại sử tục điều chỉnh điện áp để góp phần nâng cao dụng các bộ bù có thông số cố định với khả sự ổn định cũng như chất lượng điện năng. năng điều chỉnh điện áp trạng thái ổn định Máy phát điện thường xuyên làm việc ở chế tốt và đáp ứng nhanh với nhiễu khi điều kiện độ quá độ, chế độ này có thể xảy ra trong vận hành của máy thay đổi. Tuy nhiên, trong quá trình khởi động máy hoặc khi nối máy nhiều trường hợp không thể thiết kế một bộ phát điện làm việc với lưới. Quá trình quá AVR có thông số cố định có khả năng hoạt độ xảy ra có thể làm chất lượng điện năng động tốt trong tất cả các điều kiện vận hành. giảm (khi máy phát nối với lưới) [1]. Nếu Hiện nay, các thiết bị trong hệ thống điện có không khống chế kịp thời có thể gây nên khả năng dập tắt các dao động bao gồm bộ phá huỷ máy. Do đó, yêu cầu đặt ra là phải ổn định hệ thống điện PSS, điều chỉnh liên giảm nhanh biên độ dao động của các quá kết HVDC, điều chỉnh SVC, tụ bù có điều trình quá độ trong máy về phạm vi cho khiển TCSC, các thiết bị FACTS,…Trong phép, việc điều chỉnh này có thể thực hiện các thiết bị kể trên, việc sử dụng bộ PSS là được thông qua việc điều chỉnh dòng điện có tính kinh tế và hiệu quả hơn cả. Nhiều mạch kích từ. Để tự động điều chỉnh dòng công trình nghiên cứu của các tác giả trong kích từ của máy phát điện đồng bộ, người ta và ngoài nước đã được công về vấn đề sử sử dụng bộ AVR (Automatic Voltage dụng bộ PSS để ổn định hệ thống điện như: Regulator). Thiết bị này có nhiệm vụ giữ Bộ PSS hai đầu vào của các tác giả cho điện áp đầu cực máy phát là không đổi Zbigniew Lubosny [2], Balwinder Singh (với độ chính xác nhất định) khi phụ tải thay Surjan [3], bộ PSS kỹ thuật số của tác giả đổi và nâng cao giới hạn công suất truyền tải K.Elliithy [4]. Trong nghiên cứu này, chúng của máy phát vào hệ thống lưới điện, đặc tôi đề xuất giải pháp sử dụng bộ điều khiển ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 33
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ mờ có các đầu vào là sai lệch điện áp (∆ut), - Các hệ số K1-K6: sai lệch tốc độ roto của máy phát (∆ωr), hai K1: Hệ số thể hiện sự thay đổi của Te so với đầu ra là KA và KP kết hợp với các tín hiệu sự thay đổi của góc tải δ với từ thông cực từ đầu ra của hai bộ AVR và PSS để giảm các dọc trục không đổi. dao động công suất và tốc độ roto máy phát trong quá trình quá độ. K2: Hệ số thể hiện sự thay đổi của Te so với sự thay đổi của từ thông cực từ dọc trục d 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU khi góc tải δ không đổi. 2.1. Mô hình hệ thống tuyến tính gồm K3: Hệ số thể hiện thành phần trở kháng AVR và PSS trong mạch kích từ. Theo [5], mô hình hệ thống tuyến tính K4: Hệ số khử từ do sự thay đổi của góc tải. gồm bộ AVR và PSS như Hình 1. K5: Thể hiện sự thay đổi giữa điện áp đầu cực với góc tải khi Eq không đổi. K6: Thể hiện sự thay đổi của điện áp đầu cực Et so với sự thay đổi của thành phần điện áp Eq khi góc tải không đổi. 2.1.1. Bộ AVR và PSS [2] Từ Hình 1 ta thấy sai lệch mô men điện từ Te có thể được biểu diễn là hàm của các biến của sai lệch góc roto  , sai lệch điện Hình 1: Mô hình hệ thống áp đặt vref và sai lệch tốc độ roto r : Trong đó: Te  T (s).  Tv (s).vref  TPSS (s).r (1) + Bộ tự động điều chỉnh điện áp AVR nhận các thông số cài đặt của người vận hành và Trong đó: T ( s ), Tv ( s), TPSS ( s) là các hàm các tín hiệu phản hồi, tính toán so sánh sau truyền đạt phụ thuộc vào các thông số đó đưa ra tín hiệu điều khiển điện áp mạch K1  K 6 , T3 và Gex ( s ), G pss ( s ) . Hàm truyền kích từ để có được điện áp đầu ra mong đạt T ( s), TPSS ( s ) được xác định như (2) và muốn thỏa mãn các yêu cầu của người vận (3): hành và hệ thống, nhiệm vụ chính của AVR là: K 2 K 3 [K 4 (1  sTR )  K 5Gex ( s )] (2) T ( s )  K1  - Điều chỉnh điện áp máy phát điện (1  sTR )(1  sT3 )  K 3 K 6Gex ( s ) - Điều chỉnh công suất vô công của máy K 2 K 3Gex ( s )G pss ( s )(1  sTR ) TPSS ( s )  (3) phát điện (1  sTR )(1  sT3 )  K 3 K 6Gex ( s ) - Tạo độ suy giảm điện áp theo công suất vô Thành phần mô men điện cấp bởi bộ PSS là: công để cân bằng sự phân phối công suất vô công giữa các máy với nhau trong hệ thống TPSS  TPSS ( s).r (4) khi máy vận hành nối lưới. Hàm truyền đạt Thành phần mô men này sẽ cùng pha với sai của AVR là Gex ( s) lệch tốc độ roto khi hàm truyền của TPSS là + Bộ ổn định hệ thống PSS cung cấp tín hệ số khuếch đại: hiệu bổ sung cho đầu vào của AVR để giảm TPSS ( s)  K (5) dao động hệ thống điện. Với mục đích để PSS tạo ra một thành phần giảm mô-men Điều này có nghĩa là thành phần ảo của TPSS dao động nên tín hiệu này cần phải đồng pha bằng không. Biểu thức (3) có thể viết lại với ωr, việc sử dụng độ lệch ∆ωr làm tín được là: hiệu đầu vào là giải pháp thông dụng nhất. Hàm truyền đạt của bộ PSS là GPSS ( s ) ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 34
  3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 1  a1s  a2 s 2  a3 s 3 sau: TPSS ( s)  K (6) (1  sTa )(1  sTb )(1  sTc ) 1  b1s  b2 s 2  b3 s 3 GPSS ( s)  K PSS (17) (1  sTd )(1  sTe )(1  sT f ) Để có được biểu thức (5) thì các thông số của PSS và AVR phải thỏa mãn điều kiện: Giá trị hằng số thời gian Te và T f được chọn a1  b1 (7) giá trị nhỏ Te  T f  0.005( s) . Như vậy, tham số tối ưu của PSS, AVR xác định theo a2  b2 (8) (14), (15), (16). a3  b3 (9) Theo [2], hệ số KPSS được xác định như sau: Theo [5], hàm truyền đạt của bộ AVR và 1  K3 K6 K A K PSS   . 2 H .0 (18) PSS có dạng như (10) và (11): K 2 K3 K A K A 1  sTC   2  2.5 là hằng số phi tuyến của thành Gex ( s )  (10) 1  sTA 1  sTB phần mô men đồng bộ. (1  sTa )(1  sTb )(1  sTc ) 2.1.2. Đáp ứng của hệ thống GPSS ( s )  K PSS (11) 1  sTd 2.1.2.1. Thông số mô phỏng Thay (10), (11) vào (3) với giả thiết hằng số Giả sử một máy phát điện làm việc có nối thời gian của cảm biến điện áp TR  0 , hằng lưới, và có các thông số cho trong bảng 1. số thời gian Td của PSS bằng hằng số thời Bảng 1: Thông số máy phát điện và kích từ [3] gian TC của AVR, biểu thức (3) sẽ trở thành: Thông số Giá trị K2K3KAKPSS (1 sTa )(1 sTb )(1 sTc ) Hằng số quán tính 2,37KW-s/KVA TPSS (s)  (12) (1 sT3 )(1 sTA )(1 sTB )  K3K6KA (1 sTC ) Công suất định mức 160MVA Điện áp định mức 15KV Biến đổi (12) về dạng (6) ta được: Điện áp kích từ 375KV K 2 K 3 K A K PSS Dòng điện stator 6158,4 A K Dòng điện cảm ứng 926 1  K3 K6 K A Hệ số công suất 0,85 a1  Ta  Tb  Tc ; a2  TbTc  Ta (Tb  Tc ) Xd 1,7 T3  TA  TB  K 3 K 6 K ATC X’d 0,245 a3  TaTbTc ; b1  (13) Xq 1,64 1  K3K6 K A X’q 0,38 TATB  T3 (TA  TB ) T3TATB Rs 0,001096 b2  , b3  1  K3 K6 K A 1  K3 K6 K A T’d0 5,9 Giả thiết Tb  TA , từ điều kiện (9) ta có: Thông số đường dây hệ thống tính trong hệ Ta  T3 , Tc  TB / (1  K3 K6 K A ) (14) đơn vị tương đối [3]: Re  0.02; X e  0.4 Thay (14) vào điều kiện (7) ta có: Điều kiện làm việc ban đầu của hệ thống tính trong hệ đơn vị tương đối như bảng 2: TC  T3  TA (15) Bảng 2: Thông số điều kiện làm việc ban đầu Từ điều kiện (8) ta có: của hệ thống [3] Td  TC  T3  TA (16) IG 1,176  31, 780 (pu) Id 1,112 (pu) Eq 2, 66566,990 (pu) Iq 0,385 (pu) Trong thực tế, thành phần ảo của hàm truyền TPSS khác không, nhưng thường là giá trị rất Vd 0,641 (pu) 0 66,990 nhỏ, khi đó PSS có hàm truyền tối ưu như Vt 127,890 (pu) Vq 0,776 (pu) E fd 2,6658 (pu) V 0,828 (pu) ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 35
  4. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ K1 1,0749 (pu) K4 1,712 (pu) 2.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ nâng cao K2 1,2576 (pu) K5 -0,399(pu) chất lượng đáp ứng của hệ thống K3 0,3072 (pu) K6 0,4657(pu) 2.2.1. Bộ điều khiển mờ FC Thông số bộ AVR cho trong bảng 3 Thực tế cho thấy, việc sử dụng bộ AVR có Bảng 3: Thông số bộ AVR [3] hệ số khuếch đại lớn và đáp ứng nhanh sẽ cải thiện tốt quá trình quá độ nhưng lại có KA 150 TC 1,822 (s) tác động bất lợi đến ổn định dao động của TA 0,01(s) TB 10 (s) hệ thống điện. Dao động cường độ nhỏ và tần số thấp thường tồn tại trong một thời Thông số bộ PSS tính theo (14), (15), (16) gian khá dài và trong một số trường hợp sẽ và (18) cho trong bảng 4 giới hạn khả năng truyền tải công suất. Mặt Bảng 4: Thông số bộ PSS khác, theo [2] hệ số KPSS của bộ PSS là phi tuyến tính và phụ thuộc vào các điểm làm K PSS 21,5 Td 1,822 (s) việc, tần số dao động và các thông số của hệ Ta 1,812 (s) Te 0,005 (s) thống. Dải tần số dao động lớn hơn 0.5Hz, Tb 0,01 (s) Tf 0,005 (s) hệ số KPSS tăng sẽ làm giảm thành phần mô men cản dao động điều này sẽ ảnh hưởng Tc 0,444 (s) xấu đến độ ổn định của quá trình quá độ. 2.1.2.2. Kết quả mô phỏng Để khắc phục những bất lợi trên, chúng tôi đề xuất giải pháp sử dụng bộ điều khiển mờ Mô phỏng hoạt động của hệ thống tại kết hợp sự tác động của AVR với PSS. Điều thời điểm t=40s, giả thiết điện áp đặt cho này sẽ giúp cho hệ thống bền vững hơn AVR thay đổi 10% từ 0,84pu lên 0,94pu. trước sự tác động của nhiễu. + Đáp ứng tốc độ roto máy phát (đáp ứng Sơ đồ khối của hệ thống khi sử dụng bộ điều tần số điện) khi chỉ có AVR và khi có AVR/ khiển mờ như Hình 3 PSS như Hình 2. Hình 2: Đáp ứng tốc độ roto máy phát Hình 3: Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển mờ kết hợp bộ AVR/PSS Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy khi chưa có bộ Trong đó: Các đầu vào V và  có biên PSS, đối với đáp ứng thay đổi điện áp đặt thì độ [-1+1] và được mờ hóa bằng 5 hàm liên đáp ứng tốc độ của máy phát (tần số điện) bị thuộc dạng hình thang có tên là Negative dao động mạnh. Khi có bộ AVR/PSS đã Large (NL), Negative Small (NS), Zero được chỉnh định góc bù pha phù hợp, hệ (ZR), Positive Small (PS) và Positive Large thống đã trở nên ổn định hơn rất nhiều. Đáp (PL) ứng của tốc độ (tần số điện) của máy phát V  {NL, NS , ZR, PS , PM } đều trở về giá trị ổn định sau khoảng 3,5s.   {NL, NS , ZR, PS , PM } ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 36
  5. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Các đầu ra K A  [0,0.3] , K P  [0,1] và 2.2.2. Kết quả mô phỏng được mờ hóa bằng 4 hàm liên thuộc có tên + So sánh đáp ứng sai lệch tốc độ roto máy là Very Small (VS), Small (S), Medium phát khi hệ thống sử dụng AVR/PSS và khi (M), Large (L). hệ thống sử dụng AVR/PSS/FC như Hình K A  {VS,S,M,L} ; K P  {VS,S,M,L} 5. Các hàm liên thuộc của đầu vào, đầu ra như Hình 4. Hình 5: Đáp ứng tốc độ roto máy phát khi sử Hình 4: Hàm liên thuộc; (a) tín hiệu đầu vào, dụng AVR/PSS và khi sử dụng AVR/PSS+FC (b) tín hiệu đầu ra KA, (c) tín hiệu đầu ra KP + So sánh đáp ứng sai lệch công suất điện Áp dụng phương pháp suy luận mờ máy phát khi hệ thống sử dụng AVR/PSS và Mamdani, giải mờ theo phương pháp trọng khi hệ thống sử dụng AVR/PSS/FC như tâm, luật mờ được xây dựng gồm có 25 Hình 6. mệnh đề hợp thành cho trong bảng 5. Bảng 5: Luật hợp thành: (a) Hệ số KA, (b) Hệ số KP (a) Hình 6: Đáp ứng công suất điện của máy phát khi sử dụng AVR/PSS và khi sử dụng AVR/PSS/FC Nhận xét: (b) Khi có thêm bộ điều khiển mờ kết hợp sự tác động của bộ AVR và bộ PSS, đáp ứng của tốc độ và công suất điện của máy phát có biên độ dao động nhỏ hơn, ít dao động hơn, thời gian quá độ ngắn hơn (2s). 3. KẾT LUẬN Lưới điện và máy phát điện trong quá trình vận hành thường có các nhiễu loạn như dao động cục bộ (nguyên nhân thường gặp của hiện tượng này là do tác động của việc tự ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 37
  6. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ động điều chỉnh điện áp-AVR), dao động Tài liệu tham khảo liên khu vực, dao động điều khiển, dao động 1. Lã Văn Út (2011), “Phân tích và điều xoắn. Nhiễu loạn như vậy xảy ra liên tục khiển ổn định hệ thống điện”, NXB KHKT. trong hệ thống vì các biến động nhỏ trong các tải và máy phát. Khi hệ thống chỉ sử 2. Zbigniew Lubosny (2016), “Dual input dụng bộ AVR thì việc duy trì trạng thái ổn quasi-otimal PSS for generating unit with định gặp khó khăn thậm chí hệ thống có thể static excitation system”, Copyright © 2006 mất ổn định dưới tác động của một kích IFAC. động lớn. Khi hệ thống có thêm bộ PSS đã 3. Balwinder Singh Surjan (2012), tạo ra thành phần mô men điện đồng pha với “Linearized Modeling of Single Machine độ lệch tốc độ roto máy phát nên hệ thống Infinite Bus Power System and Controllers có chất lượng ổn định quá độ tốt hơn. Đặc for Small Signal Stability Investigation and biệt khi sử dụng bộ điều khiển mờ có các Enhancement”, International Journal of đầu vào là sai lệch điện áp đầu ra và sai lệch Advanced Research in Computer tốc độ roto của máy phát, các đầu ra của bộ Engineering & Technology (IJARCET) điều khiển mờ dung hòa sự tác động giữa bộ Volume 1, Issue 8, October 2012. AVR với bộ PSS, hệ thống cho đáp ứng tốc độ và công suất điện có biên độ dao động 4. K.Elliithy (2014), “Design of power nhỏ hơn, số lần dao động ít, thờ gian quả độ system stabilizers based on l-controller for nhỏ. Điều này góp phần tăng tính ổn định và power system stability enhancement”, nâng cao chất lượng điện năng. Electrical Power and Energy Systems 63, p. 933-939. 5. P.Kundur (1994), “Power system stability and control”, McGraw- Hill. ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 38
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2