Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu về một phương pháp phân tích hệ thống phức hợp nhiều thành phần thành các hệ thống con có tính độc lập tương đối. Sau đó, luận án sẽ tập trung xây dựng thuật toán điều khiển phi tập trung cho hệ thống đa phức hợp đã được phân rã thành các hệ con nói trên. Phương pháp điều khiển đề xuất trong luận án được áp dụng cho một đối tượng điển hình là các hệ thống điện lớn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ……..….***………… VŨ DUY THUẬN Nghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điện Chuyên ngành: Lý thuyết điều khiển và điều khiển tối ưu Mã số: 62.52.60.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2017
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Thái Quang Vinh Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Hoàng Ngọc Nhân Phản biện 1: … Phản biện 2: … Phản biện 3: …. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201…. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Một trong những thách thức đầu tiên của lý thuyết hệ thống phải đối mặt khi nghiên cứu các hệ thống lớn là các hệ thống này có mô hình toán học ngày càng phức tạp và cồng kềnh. Điều này được lý giải là do bản thân các hệ thống lớn ngày nay luôn chịu sự ảnh hưởng tương hỗ của nhiều quá trình công nghệ, môi trường và xã hội phức tạp. Ngoài ra, khối lượng tính toán cho mỗi hệ thống lớn này lại thường phát triển nhanh hơn nhiều so với sự gia tăng về kích thước của bản thân hệ thống nên các vấn đề phát sinh của mỗi hệ thống lớn phức tạp như vậy hoặc là không thể giải quyết được, hoặc là không kinh tế, cho dù khoa học tính toán ngày nay đã tương đối phát triển. 2. Mục tiêu, phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu a, Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu về một phương pháp phân tích hệ thống phức hợp nhiều thành phần thành các hệ thống con có tính độc lập tương đối. Sau đó, luận án sẽ tập trung xây dựng thuật toán điều khiển phi tập trung cho hệ thống đa phức hợp đã được phân rã thành các hệ con nói trên. Phương pháp điều khiển đề xuất trong luận án được áp dụng cho một đối tượng điển hình là các hệ thống điện lớn. Với mục tiêu trên, nhiệm vụ của luận án sẽ bao gồm: - Nghiên cứu về hệ thống phức hợp nhiều thành phần với mối quan hệ tương tác bất định để từ đó xây dựng cơ sở toán học cho việc phân rã hệ thống điện lớn thành các vùng con có tính độc lập tương đối. 1
- Xây dựng 2 lớp bài toán điều khiển: điều khiển phi tập trung tuyến tính để điều khiển quá độ các vùng con và điều khiển mờ kiểu PD để kiểm soát tần số cho hệ thống điện lớn. - Xây dựng và mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink để kiểm tra lại tính đúng đắn của các luật đã đề ra. b, Phạm vi và đối tượng nghiên cứu Trên cơ sở nghiên cứu trước của các tác giả về ứng dụng thực tiễn bài toán tối ưu hóa mô hình mẫu, bài toán con lắc ngược, mạng Neuron, hệ thống điện... bài toán môi trường và các yếu tố, ứng dụng logic mờ vào robot song song đã được kiểm chứng; tác giả sử dụng phương pháp khái quát hóa và chọn một phương án tính toán bao quát chung nhất, ứng dụng vào xây dựng hướng giải pháp cho bài toán Ổn định tần số hệ thống lưới điện diện rộng. Phạm vi nghiên cứu của bài toán này là xây dựng mô hình toán cho hệ thống lưới điện có từ 3 đến 5 đối tượng (máy phát, phụ tải, SMES...) có mối liên hệ bất định, với các điều kiện ràng buộc và giả thiết ban đầu để cụ thể hóa đối tượng, nhằm xây dựng mô hình đối tượng và tính toán các thông số nằm trong phạm vi cho phép. Từ các biến động về máy phát, truyền tải và phụ tải, kết hợp với bộ SMES, tác giả xây dựng luật điều khiển và phương pháp tính mới (sử dụng giải tích và logic mờ), áp dụng một trong các giải pháp mà các công trình đã công bố và được kiểm nghiệm bằng MATLAB, từ đó xác định được mức độ sai lệch của phương pháp đề xuất cho áp dụng vào tính toán ổn định và tối ưu các luật mờ - Hệ tương tác bất định của mô hình tính toán đề xuất. c, Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích lý thuyết, xây dựng cơ sở lý 2
thuyết cho bài toán tương tác bất định với một số luật và điều kiện cho trước. Nhiệm vụ là ổn định về tần số cho lưới điện diện rộng. - Công cụ: Lý thuyết ôn định Lyapunov, Phương trình Riccati, sử dụng các phương pháp của Đại số tuyến tính, lý thuyết điều khiển mờ... - Luận án sử dụng lý thuyết điều khiển mờ, giải tích với phương trình Riccati, lý thuyết ổn định Lyapunov... Tổng hợp bộ điều khiển dựa trên phương trình đại số Riccati cải tiến để tìm ra luật điều khiển tối ưu phản hồi trạng thái có khả năng kiểm soát và dập tắt các dao động của hệ thống do ảnh hưởng nhiễu, đảm bảo tính ổn định của hệ thống. Tiếp theo, sẽ sử dụng thuật toán điểu khiển thông minh dựa trên logic mờ loại PD, kết hợp với bộ SMES để kiểm soát tần số - phụ tải. Sau đó mô phỏng trên phần mềm MATLAB-Simulink để kiểm chứng tính đúng đắn cũng như sự ưu việt của các luật và phương pháp đề ra đối với đối tượng đã xem xét. Tác giả cho rằng kết quả nghiên cứu này sẽ là nền tảng cho những nghiên cứu sâu hơn về tính ổn định cho hệ thống bất định cũng như tối ưu hóa và điều khiển ứng dụng vào thực tiễn. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Khẳng định lại tính đúng đắn của một số lí thuyết được xem xét và áp dụng vào nghiên cứu tính toán trong điều khiển tối ưu và điều khiển mờ. - Khái quát hóa một phương thức tính toán, tốt nhất, đơn giản nhất có thể để thu được kết quả với các phép sai số cho phép. Áp dụng cho xây dựng hướng giải pháp cho bài toán kiểm soát tần số - phụ tải của hệ thống điện diện rộng. 3
- Ý nghĩa thực tiễn: do hệ thống điện được coi là mạch máu lưu thông nguồn năng lượng của đất nước nên việc ổn định hệ thống truyền tải là cực kỳ quan trọng. Việc xây dựng bộ điều khiển mờ lai kết hợp với bộ SMES giải quyết được bài toán về ổn định tần số khi phụ tải thay đổi (gọi tắt là ổn định tần số - phụ tải), tăng hiệu suất và nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo được an ninh về năng lượng quốc gia. 4. Cấu trúc luận án Nội dung của luận án được trình bày trong bốn chương: Chương I. Tổng quan: phân tích chung về hệ thống lớn. Đánh giá tóm tắt các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, những vấn đề còn tồn tại và hướng giải quyết của luận án. Chương II. Lý thuyết về hệ phân tán và điều khiển phi tập trung. Nội dung chủ yếu của chương này là trình bày về xây dựng mô hình tổng quát cho đối tượng Hệ thống điện lớn, xét vùng ổn định của hệ. Xây dựng bài toán điều khiển 2 lớp: điều khiển ổn định quá trình quá độ cho vùng con và điều khiển mờ lai để ổn định tần số - phụ tải cho toàn hệ thống. Chương III. Nghiên cứu chiến lược điều khiển phi tập trung hiệu quả để ổn định chất lượng hệ thống điện quy mô lớn. Trình bày về cấu trúc chung và mô hình toán học của hệ thống điện đa máy phát. Sau đó, phân tích và đề xuất giải pháp điều khiển ổn định chất lượng của hệ thống điện đa máy phát. Áp dụng cho một hệ điển hình 3 phần tử với các chế độ vận hành khác nhau. Phân tích, đánh giá chất lượng điều khiển thông qua việc mô phỏng trên phần mềm MATLAB – Simulink. 4
Chương IV. Nghiên cứu và giải pháp điều khiển hệ thống điện diện rộng. Ở chương này, luận án giới thiệu về mô hình hóa và mô hình toán hệ thống điện diện rộng. Giới thiệu về mô hình thiết bị lưu trữ từ trường SMES. Từ đó, đề xuất giải pháp điều khiển thông minh sử dụng bộ điều khiển mờ lai với SMES để ổn định và kiểm soát tần số - phụ tải của hệ thống điện diện rộng. Phân tích, đánh giá và so sánh chất lượng của bộ điều khiển mờ lai SMES với các bộ điều khiển khác. Kết luận và kiến nghị. Trình bày tóm tắt các kết quả trong quá trình nghiên cứu. Đánh giá, so sánh và bàn luận về kết quả đạt được và đưa ra các hướng nghiên cứu trong tương lai. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm của hệ thống phức hợp nhiều thành phần 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về tối ưu hóa các mô hình của hệ tương tác 1.1.1. Các nghiên cứu trong nước 1.1.2. Nghiên cứu nước ngoài về sự ổn định và hệ thống phức hợp nhiều thành phần 1.3. Kết luận sơ bộ về tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.4. Kết luận chương I - Nghiên cứu ổn định và tối ưu các hệ thống phức hợp nhiều thành phần với mối quan hệ tương tác bất định là một lĩnh vực còn mới mẻ không chỉ ở Việt Nam mà còn ở trên thế giới. Đặc biệt, khi xét vào hệ thống điện diện rộng tại Việt Nam, đó làm một bài toán có đặc điểm đầy đủ tính chất của một hệ phức hợp có nhiều liên kết bất định. 5
- Hiện nay, trong nước cũng như ngoài nước đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về hệ thống phức hợp nhiều thành phần. Đặc biệt là đối với hệ thống điện diện rộng trong vài năm gần đây. Các bài báo trình bày về các bộ điều khiển khác nhau như PID, mờ, nơ ron, mờ trượt, thích nghi...nhằm ổn định các thông số của hệ thống điện điện rộng. Tuy nhiên, mỗi công trình nghiên cứu vẫn còn các vấn đề mở cần tìm hiểu và nghiên cứu tiếp theo. CHƯƠNG 2: HỆ PHÂN TÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN PHI TẬP TRUNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN LỚN 2.1. Giới thiệu Khi xem xét nghiên cứu các hệ thống lớn, người ta nhận thấy các hệ thống điện diện rộng có nhiều đặc điểm để trở thành một ví dụ tiêu biểu cho các hệ thống lớn. Một hệ thống điện phức tạp thường bao gồm nhiều vùng phát điện; mỗi vùng phát điện được xem là một vùng điều khiển, nó bao gồm ba thành phần cơ bản như điều tốc, turbine và máy phát đồng bộ với các phụ tải riêng của vùng. S1 Large-scale system S2 SN S3 Sk Interconnection units Hình 2.1. Một hệ thống lớn gồm N hệ thống con liên kết chặt chẽ với nhau Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất hai lớp bài toán điều khiển ổn định quan trọng của một hệ thống điện đa máy phát kết nối phức 6
tạp. Thứ nhất là bài toán ổn định quá độ (transient stability). Thứ hai là bài toán kiểm soát tần số - phụ tải, một lớp bài toán cốt lõi của chiến lược kiểm soát phát điện tự động cho mỗi hệ thống điện. 2.2. Mô hình tổng quát hệ thống điện đa máy phát Xét một hệ thống điện lớn gồm n máy phát với phương trình mô tả chuyển động của máy phát đồng bộ thứ i là: M i i  Dii  Pmi  Pei , i = 1, 2,…, n (2.1) Trong đó: Pei   j 1 Ei E jYijcos( i   j  ij ) n Trong công thức (2.1) thì M i , Pmi và Ei là các giá trị không đổi cho tất cả các máy phát. Đặt: Di   , i = 1, 2,…, n (2.2) Mi Xét vector x  R2( n1) có: x  (1n ,2n ,..., n1,n , 1n  10n ,...,  n1,n   n01,n )T (2.3) Với  in   in   n , in  i  n , i   i và  ij được giải từ các 0 phương trình cân bằng công suất: Pei ( ij0 )  Pmi với i = 1, 2,…, n – 1 (2.4) Ta có hàm Lur’e-Postnikov:  x  Ax  Bf ( y )  (2.5)  y C x T Phương trình (2.5) có thể được viết lại thành:    0   1  xi    xi    i ( yi )  h i ( x)   1 0 0 , i = 1, 2,…, n – 1  yi   0 1 xi  (2.10) 7
Hệ thống mô tả bởi (2.10) có dạng các hệ con Lur’e – Postnikov kết nối. Các hệ con này được mô tả bởi phương trình sau: s xi  Ai xi  bii ( i )   eij hij ; i  ciT xi , i  1, 2,..., s j 1 2.2.2. Phân tích các hệ thống con Mỗi hệ thống con có tính độc lập tương đối được biểu diễn bởi hệ phương trình trạng thái sau:    0   1  xi    xi    1 ( yi )   1 0 0 (2.13)  y  [0 1]x  i i Theo ý tưởng của hai tác giả Walker và McClamroch (1967) , ta lựa chọn hàm Lyapunov: ciT xi Vi ( xi )  x H i xi  i   ( y )dy T i i i i (2.18) 0 Trong đó Hi là ma trận hằng và  i là các đại lượng vô hướng. Theo [20], điều kiện Popov được chỉ ra dưới đây: i1  Re(1  ji)cTi (A j I)1bi    0 (2.19) . 2 V i ( xi )(7.15)   i1/2i ( yi )  gTi xi   i (2.20) Bây giờ, ta tiến hành ước lượng vùng ổn định cho xi*  0. Theo thủ tục được đề xuất năm 1967 bởi Walker và McClamroch, chúng ta cho i1  0 và xét điều kiện: i  (i  1) 2 0   0 (2.22) i   2    2 2 2 Một ước lượng  i của vùng ổn định  i chứa điểm gốc là một vùng mở kết nối chứa trong  i ( i  i ) . Giá trị này được xác định cho mỗi hệ con như sau: 8
i  xi : Vi ( xi )  Vi 0  , i  1,2,..., n -1 (2.36) với Vi 0 xác định từ (2.35). 2.2.3. Vùng ổn định Với mỗi giá trị  i cho trước, ta có có thể chọn một hệ số  i (0   i  cos ij0 ) mô tả trong (2.30)  yik'  sin( yik'  in0 )  sin in0 , k = 1, 2 i  1   i i (2.52) Và m (Gi )   i i kết hợp với (2.51) ta có:   i M ( H i )  1 n 1 i  2 M n  M i1 Ain cosin sin  in0  M i1  Aij sin( ij0  ij0 )  i m ( H i )  j 1   j i  i = 1, 2,…, n – 1 (2.53) Từ (2.53) ta có thể suy ra rằng nếu các giá trị của Aịj càng nhỏ thì càng dễ dàng chọn lựa các giá trị phù hợp cho εi. Điều này có nghĩa là việc phân tích các mô hình hệ thống điện thành các hệ thống con trở nên đơn giản hơn nếu chúng được liên kết yếu. Đây cũng là nguyên lý chung được áp dụng khi phân tích tính ổn định của các hệ thống động lực học. 2.3. Các chiến lược điều khiển ổn định chất lượng hệ thống điện 2.3.1. Giới thiệu 2.3.2. Bài toán ổn định quá trình quá độ Giả sử rằng mô hình hệ thống điện lớn này bao gồm N hệ thống con, biểu diễn toán học tương ứng của nó như sau [18-20]:  xi (t )  Ai xi (t )  Bi ui (t )  f i (t , x(t )), t  t0  (2.60)  xi (t0 )  xi 0 , i  1,2,3,..., N 9
Để giải quyết bài toán phi tuyến trên, người viết đề nghị sử dụng một phương pháp gồm hai bước dựa trên các phương trình đại số Riccati đã thay đổi để thiết lập các luật điều khiển phi tập trung tuyến tính như sau. Bước 1: Thành lập các phương trình đại số Riccati đã cải tiến:  N  AiT Pi  Pi Ai  Pi   pij Gij GijT  Pi  PB T 1 i i Ri Bi Pi  j 1, j i  (2.64) pij Wi Wi  W W ji   Qi  0 N   j 1, j  i T T ji trong đó Ri > 0 và Qi(ni x ni) và Pi(ni x ni) là các ma trận xác định. Bước 2: Giải các phương trình đại số Riccati trên để tìm các luật điều khiển tối ưu như trình bày ở biểu thức sau: ui (t )   Ki xi (t )   1 T (2.65)  Ki  Ri Bi Pi  Luật điều khiển phản hồi trạng thái nêu trên có khả năng kiểm soát và dập tắt các dao động tức thời của hệ thống do ảnh hưởng của các nhiễu loạn, qua đó đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện lớn đang xét. Một trường hợp riêng là hệ thống điện gồm ba máy phát như đã đề cập đến trong hình 2.2. Khi xét đến mô hình này, luật điều khiển phản hồi trạng thái tương ứng được đưa ra dưới đây: ui (t )   K i xi (t )     K i  i (t )   i 0   Ki i (t )    K Pi  Pmi (t )  Pmi 0   K Xi  X ei (t )  X ei 0   K  R 1 BT P  i i i i (2.66) 10
Đây là một chiến lược điều khiển tối ưu kinh điển mang lại hiệu quả và chất lượng điều khiển tốt. Chương sau sẽ kiểm chứng hiệu quả của phương pháp điều khiển đề xuất ở mục này. 2.3.3. Điều khiển mờ áp dụng cho bài toán kiểm soát tần số - phụ tải 2.3.3.1 Khái niệm chung về logic mờ 2.3.3.2. Nguyên tắc và các bước thiết kế bộ điều khiển mờ 2.3.4. Các bộ điều khiển mờ 2.4. Kết luận chương 2 Mục đích chính của nghiên cứu là tìm hiểu, phân tích các hệ thống lớn đa thành phần bất định và phi tuyến với ví dụ điển hình là các hệ thống điện đa máy phát. Tác giả cũng đưa ra một hướng đánh giá vùng ổn định cho các hệ thống điện này khi coi chúng như một tập hợp của các hệ thống con được liên kết yếu (phương pháp phân tách – decomposition) bằng cách sử dụng hàm Lyapunov. Trong lớp bài toán ổn định hệ thống điện lớn, tác giả đề xuất nghiên cứu hai bài toán quan trọng: ổn định tức thời (quá độ) và kiểm soát tần số - phụ tải. Với mỗi lớp bài toán, tác giả lại đề xuất chiến lược điều khiển riêng và hiệu quả. 11
Chương 3: CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN PHI TẬP TRUNG ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1. Giới thiệu 3.2. Cấu trúc chung của các hệ thống điện đa máy phát A1 Disturbance Ti _ ine e- Ti e-l P1 line r*(t) δ(t) P12 n A2 P2n AN Governor Turbine Generator P13 P 1k _ ine P 3n Pkn Tie-l ine P 23 P2 Tie-l k Load change Tie-line A3 P3k Ak (a) (b) Hình 3.1: Cấu trúc chung của các hệ thống điện đa máy phát 3.3. Mô hình toán học của hệ thống điện đa máy M1 M2 Tie-line 1-2 Noise 3 2- Tr e an lin ms n sio iss is io m n s lin an Tr e2- 3 M3 Hình 3.2. Mô hình hệ thống điện ba máy phát kết nối 12
3.4. Giải pháp điều khiển ổn định hệ thống điện đa máy phát Giả sử rằng mô hình hệ thống điện lớn này bao gồm N hệ thống con, biểu diễn toán học tương ứng của nó như sau:  xi (t )  Ai xi (t )  Bi ui (t )  f i (t , x(t )), t  t0   xi (t0 )  xi 0 , i  1,2,3,..., N (3.23) Trong đó, fi(t, x(t)) = fi(x) biểu thị các thành phần liên kết với nhau (là kết quả của quá trình trao đổi công suất qua đường dây truyền tải điện năng giữa các vùng). Chúng được mô tả như các hàm số phi tuyến của các hệ thống con thứ i. Các thành phần phi tuyến này cần đáp ứng các điều kiện Lipschitz dưới đây:  f i ( x)  c x   x, yn (3.24)  f i ( x)  f i ( y )  h x  y  N f i ( x)   j 1, j  i Gij gij ( xi , x j ), i  1,2,3,..., N . (3.25) Trong phương trình (3.25), gij(xi, xj) là một hàm phi tuyến và nó cần thỏa mãn điều kiện ràng buộc sau: gij ( xi , x j )  Wi xi (t)  Wij x j (t) , xi ni , x j  nj (3.26) Rõ ràng là hệ thống điện đang xét có tính phi tuyến và bất định mạnh. 13
xi* (t )  0 ui (t )   Ki .xi (t ) xi (t ) Mô hình hệ thống điện con thứ i _ Công thức (3.23) Vector độ lợi K (phản hồi trạng thái) Công thức (3.29) Hình 3.3. Mô hình điều khiển phản hồi trạng thái áp dụng cho hệ i 3.5. Mô phỏng và đánh giá Trong chương này, tác giả đưa ra ba trường hợp mô phỏng. Thực hiện ba bước giải và phương pháp thu được các kết quả mô phỏng dưới đây. Bước 1: Xây dựng mô hình toán học cho một vùng điều khiển. Các phương trình toán học mô tả đối tượng điều khiển cho các máy thứ nhất và thứ hai: N xi (t )  Ai xi (t )  Bi ui (t )   j 1, j  i pij Gij gij ( xi , x j ), i  1,2,3,..., N . (3.30) Bước 2: Tìm các nghiệm của phương trình đại số Riccati đã cải tiến được đưa ra trong (2.64). Với các thông số cho trước, sử dụng phần mềm MATLAB, ta thu được kết quả như sau: 14
 K1  [ K1 K1 K P1 K X1 ]    [174.7398  42.2510  10.7218  5.2562]  . (3.31)  K 2  [ K 2 K2 K P2 K X 2 ]   [174.2508  29.2102  10.7003  5.4231]  Bước 3: Tiến hành thử nghiệm tính toán cần thiết để chứng minh tính khả thi của chiến lược điều khiển đã đề xuất. 1 4 Machine 1 1,2 (rad/s) Machine 1  1,2 (rad) Machine 2 2 Machine 2 0.5 0 0 -2 0 1 2 0 1 2 time (s) time (s) (a) (b) 0.5 1 Pm1,2 (p.u.) Machine 1 Xe1,2 (p.u.) Machine 1 Machine 2 0.5 Machine 2 0 0 -0.5 -0.5 0 1 2 0 1 2 time (s) time (s) (c) (d) Hình 3.4. Đáp ứng động học của các máy phát thứ nhất và thứ hai trong trường hợp mô phỏng thứ nhất 15
1 4 Machine 1 Machine 1 1,2 (rad/s)  1,2 (rad) Machine 2 2 Machine 2 0.5 0 0 -2 0 1 2 0 1 2 time (s) time (s) (a) (b) 0.5 2 Machine 1 Machine 1 Pm1,2 (p.u.) Xe1,2 (p.u.) Machine 2 1 Machine 2 0 0 -0.5 -1 0 1 2 0 1 2 time (s) time (s) (c) (d) Hình 3.5. Đáp ứng động học của các máy phát thứ nhất và thứ hai trong trường hợp mô phỏng thứ hai 0.7 0.5   0.6   Pm 0.4 Pm 0.5 Xe Xe Settling time(s) Settling time(s) 0.3 0.4 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0 Machine 1 Machine 2 Machine 1 Machine 2 (a) (b) Hình 3.6. So sánh thời gian xác lập cho cả hai trường hợp mô phỏng 16
3.6. Kết luận chương 3 Trong chương này, tác giả trình bày một chiến lược điều khiển phi tập trung tuyến tính để cải thiện chất lượng điều khiển và nâng cao sự ổn định của một hệ thống lớn đặc trưng bởi các yếu tố phi tuyến và bất định. Ý tưởng cơ bản xuyên suốt chiến lược điều khiển này là sự tuyến tính hóa các hàm phi tuyến, sau đó áp dụng phương án điều khiển tối ưu bằng cách thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái. Bộ điều khiển phản hồi trạng thái này thực chất sử dụng một vector độ lợi K có các thành phần được tính từ nghiệm của một phương trình đại số Riccati đã cải tiến. Chất lượng điều khiển của chiến lược đã đề xuất được kiểm chứng thông qua một mô hình hệ thống điện ba máy phát kết nối trực tiếp dưới ảnh hưởng của các nhiễu loạn liên tục (chẳng hạn như phụ tải thay đổi). Các kết quả mô phỏng đã khẳng định chất lượng điều khiển rất tốt của chiến lược điều khiển đã nghiên cứu. Hệ thống tác động nhanh, thời gian xác lập ngắn, độ quá điều chỉnh nhỏ là những đặc tính kỹ thuật đầy hứa hẹn mà giải pháp điều khiển đề xuất trong nghiên cứu này mang lại. 17
CHƯƠNG 4: KIỂM SOÁT TẦN SỐ - PHỤ TẢI LƯỚI ĐIỆN LỚN 4.1. Giới thiệu 4.2. Mô hình hóa hệ thống điện diện rộng trong bài toán kiểm soát tần số - phụ tải 4.2.1. Khái quát về hệ thống điện diện rộng 4.2.2. Mô hình toán học của hệ thống điện diện rộng PD ,i U i ( s) PG ,i ( s) PTnr ,i ( s) _ Load & Fi ( s) Governor-i Turbine-i Machine-i GG ,i ( s ) GT ,i ( s) _ GP ,i ( s ) Ptie,i From tie-lines Hình 4.2. Cấu trúc chung của một vùng điều khiển (vùng phát điện) Từ hình 4.2, các phương trình trạng thái mô tả cho một vùng điều khiển được xây dựng như sau: Fi (s)  GP,i (s) PTnr ,i (s)  PD,i (s)  Ptie,i (s)  , (4.1) PTnr ,i (s)  GTnr ,i (s).PG,i (s), (4.2)  1  PG ,i ( s)  GG ,i ( s) U i ( s)  Fi ( s)  . (4.3)  Ri   2 n   Tij Fi (s)  Fj (s)  ,areas #i & #j are connected directly . Ptie,i ( s)   s j 1, j i  0, otherwise  (4.4) 18