Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hướng dẫn KH: TS Cao Xuân Tuyển Mục lục Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Mở đầu………………………………………………………………1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ 1.1 Đặt vấn đề 3 1.2 Khái quát về các loại hệ thống năng lượng gió và đối tượng nghiên cứu của luận văn .3 1.2.1 Khái niệm về năng lượng gió .3 1.2.2 Cấu tạo tuabin phong điện .4 1.2.3 Công suất tuabin gió 4 1.2.4 Nguyên lý hoạt động của các tuabin gió 5 1.3 Khái quát về hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng MĐĐBKTVC 6 CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CHẠY SỨC GIÓ SỬ DỤNG MĐĐB – KTVC 2.1 Cấu trúc điều khiển hệ thống PĐSG sử dụng MĐĐB- KTVC 7 2.2 Mô hình toán học đối tượng MĐĐB-KTVC .8 Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hướng dẫn KH: TS Cao Xuân Tuyển 2.2.1 Biểu diễn vector không gian các đại lượng 3 pha .8 2.2.2 Mô hình trạng thái liên tục của MĐĐB-KTVC 8 2.3 Hệ thống điều khiển góc cánh 8 2 4 Hệ thống điều khiển phía máy phát .9 2.5 Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái theo phương pháp tuyến tính hoá chính xác 10 2.6 Tổng hợp các bộ điều khiển PI (mạch vòng dòng điện, Udc) 10 2.6.1 Tổng hợp vòng điều chỉnh vector dòng startor 10 2.6.2 Tổng hợp vòng điều chỉnh tốc độ quay (UDC)……………11 2.7 Hệ thống điều khiển phía lưới .12 2.7.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển phía lưới……………………12 2.7.2 Xây dựng mô hình dòng phía lưới……………… ………12 2.7.3 Thiết kế hệ thống điều khiển phía lưới…………… …….12 CHƯƠNG 3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MĐĐB – KTVC 3.1 Bộ điều khiển MPPTP……………………………………………13 3.2 Bộ điều khiển từ thông máy phát……………………………….15 CHƯƠNG 4 KIỂM CHỨNG HỆ THỐNG BẰNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN Tổng quan 4.1.1 Giới thiệu công cụ mô phỏng PLECS………………… 17 4.1.2 Các tham số dùng cho mô phỏng …………………….…17 4.2 Xây dựng các khối mô phỏng trên Simulink và PLECS…….….17 Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hướng dẫn KH: TS Cao Xuân Tuyển 4.2.1 Khối “DFIM Model”……………………………….… 17 4.2.2 Khối “Generator Side Controller”…………………… 17 4.2.3 Khối “Grid Side Controller”……………………………17 4.3 Kết quả mô phỏng phía máy phát……………………………….17 4.3.1 Kết quả mô phỏng giá trị dòng isd…………………………… 17 4.3.2 Kết quả mô phỏng giá trị dòng isq…………………………… 17 4.3.3 Kết quả mô phỏng giá trị công suất P0 trên hệ tọa độ dq………18 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Mở đầu Xã hội loài người muốn tồn tại và phát triển thì một điều tất yếu không thể thiếu được đó là phải duy trì nguồn năng lượng để nuôi sống xã hội đó Trong đó điện năng đóng một vai trò đặc biệt quan trọng Hiện nay các nguồn điện năng chính là dầu khí, than đá hoặc đang có nguy cơ cạn kiệt hoặc đã đến giới hạn khai thác Trong khi đó điện hạt nhân tuy đã phát triển mạnh nhưng vẫn chứa mối nguy hiểm to lớn tiềm tàng không an toàn Vì vậy các nguồn năng lượng sạch khác như gió, mặt trời, thủy triều đang được nghiên cứu và phát triển, hứa hẹn một tương lai tươi sáng hơn, được áp dụng rộng rãi hơn Với những nước như Việt Nam, có nhiều địa hình phức tạp, nhiều nơi vùng sâu vùng xa điện lưới quốc gia chưa thể vươn tới hoặc có nhưng rất hạn chế Đây lại chính là những nơi có tiềm năng lớn về năng lượng gió Vì vậy các hệ thống phát điện chạy sức gió cần được chúng ta quan tâm phát triển Xuất phát từ tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước, đề tài tập trung vào nghiên cứu để đưa ra và áp dụng thuật toán điều khiển tối ưu để lấy công suất cực đại từ gió cho bộ phát điện chạy sức gió Máy điện đồng bộ kích thích nam châm vĩnh cửu (MĐĐB - KTVC) ngày càng đuợc ứng dụng nhiều vào các hệ thống máy phát điện nói chung và đặc biệt trong các hệ thống máy phát điện chạy sức gió Máy phát nằm trong dải công suất điều chỉnh từ vài chục kW đến vài MW và có những ưu điểm nổi bật:  Từ thông đã tồn tại sẵn sàng nhờ hệ thống nam châm vĩnh cửu dán trên bề mặt roto Vì vậy, chỉ cần máy phát quay là tại các cực nối ra của máy phát đã xuất hiện điện áp  Có thể được sử dụng linh hoạt trong các hệ thống phát điện chạy sức gió một cách linh hoạt theo một trong hai phương án sau: Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công o Sử dụng một khâu chỉnh lưu đơn giản ở phía máy o phát Sử dụng một khâu nghịch lưu phía máy phát Trong hệ thống điều khiển có thể sử dụng các bộ điều khiển mờ để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống, nâng cao chất lượng điều khiển và lấy công suất cức đại từ năng lượng gió Tuy vậy để phát được chất lượng tốt, cần phải có một phương pháp điều chỉnh thích hợp trong hệ thống máy phát nhằm nâng cao hiệu suất, chất lượng điện cũng như giảm giá thành Vì vậy, tác giả chọn đề tài: “Điều khiển tối ưu hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ với tuốc bin kiểu trục ngang” Luận văn được chia thành các chương như sau: Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ Chương 2 TÌM HIỂU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CHẠY SỨC GIÓ SỬ DỤNG MĐĐB - KTVC Chương 3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MĐĐB - KTVC Chương 4 KIỂM CHỨNG HỆ THỐNG BẰNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN Hệ thống điều khiển được kiểm chứng qua công cụ mô phỏng MATLAB & Simulink Đặc biệt để thêm tính khách quan, mô hình đối tượng động cơ, biến tần, lưới điện sẽ sử dụng của hãng PLECS, một bộ phần mềm thêm vào Simulink để mô phỏng các hệ thống điện Chương 4 cũng đưa ra các kết quả mô phỏng, qua đó, ta quan sát được tác dụng của cấu trúc điều khiển mới, so sánh ưu điểm với cấu trúc cũ Mặc dù có nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của TS Cao Xuân Tuyển, song luận văn không thể tránh Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công khỏi những thiếu sót Tác giả mong nhận được sự góp ý, nhận xét của các thầy cô giáo và các bạn quan tâm CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ (PHONG ĐIỆN) 1.1 Đặt vấn đề Xuất phát từ thực tế về xu hướng sử dụng nguồn năng lượng tái tạo từ gió ngày càng tăng ở mỗi quốc gia trên toàn thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng, vì: - Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường - Nhu cầu ngày càng lớn về điện năng trên toàn thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, đòi hỏi phải đa dạng hóa các nguồn năng lượng - Xuất phát từ thực tiễn nước ta là nước có chiều dài bờ biển lớn, có nhiều hải đảo, lưu lượng gió thổi từ biển vào đất liền, hải đảo lớn, do đó tiềm năng về năng lượng gió ở nước ta là rất lớn, vì vậy cần thiết phải tiến hành các nghiên cứu ứng dụng nhằm phát triển lĩnh vực tái tạo năng lượng gió ở nước ta phát triển mạnh hơn nữa Ngày nay, với xu hướng tăng phần đóng góp của các tuốc bin gió trong việc cung cấp điện năng ở mỗi quốc gia trên thế giới, đã hình thành các “Wind farm” gồm nhiều tuốc bin gió nối mạng với nhau Các “Wind farm” có thể được xây dựng trên đất liền, hoặc được xây dựng trên các vùng biển “offshore” Tổng công suất mà các “Wind farm” tạo ra có thể lên tới hàng chục MW Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công 1.2 Khái quát về các loại hệ thống năng lượng gió và đối tượng nghiên cứu của luận văn 1.2.1 Khái niệm về năng lượng gió Gió là một dạng của năng lượng mặt trời Gió được sinh ra là do nguyên nhân mặt trời đốt nóng khí quyển, do trái đất xoay quanh mặt trời và do sự không đồng đều trên bề mặt trái đất Luồng gió thay đổi tuỳ thuộc vào địa hình trái đất, luồng nước, cây cối, con người sử dụng luồng gió hoặc sự chuyển động năng lượng cho nhiều mục đích như: đi thuyền, thả diều và phát điện Năng lượng gió được mô tả như một quá trình, nó được sử dụng để phát ra năng lượng cơ hoặc điện Tuabin gió sẽ chuyển đổi từ động lực của gió thành năng lượng cơ Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những công việc cụ thể như là bơm nước hoặc các máy nghiền lương thực hoặc cho một máy phát có thể chuyển đổi từ năng lượng cơ thành năng lượng điện 1.2.2 Cấu tạo tuabin phong điện Các tuabin gió hiện nay được chia thành hai loại: - Một loại theo trục đứng ( giống như máy bay trực thăng.) - Một loại theo trục ngang Các loại tuabin gió trục ngang là loại phổ biến có 2 hay 3 cánh quạt Tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi Ngày nay tuabin gió trục ngang 3 cánh quạt được sử dụng rộng rãi 1.2.3 Công suất tuabin gió Dãy công suất tuabin gió thuận lợi từ 50 kW tới công suất lớn hơn cỡ vài MW Để có dãy công suất tuabin gió lớn hơn thì tập hợp thành Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công một nhóm nhưng tuabin với nhau trong một trại gió và nó sẽ cung cấp năng lượng lớn hơn cho lưới điện Các tuabin gió loại nhỏ có công suất dưới 50kW được sử dụng cho gia đình Viễn thông hoặc bơm nước đôi khi cũng dùng để nối với máy phát điện diezen, pin và hệ thống quang điện Các hệ thống này được gọi là hệ thống lai gió và điển hình là sử dụng cho các vùng sâu vùng xa, những địa phương chưa có lưới điện, những nơi mà mạng điện không thể nối tới các khu vực này 1.2.4 Nguyên lý hoạt động của các tuabin gió Các tuabin gió tạo ra điện như thế nào? Một cách đơn giản là một tuabin gió làm việc trái ngược với một máy quạt điện, thay vì sử dụng điện để tạo ra gió như quạt điện thì ngược lại tuabin gió lại sử dụng gió để tạo ra điện Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió Ở tốc độ 30 mét trên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường Các tuabin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng, chúng có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn Cho đến nay có hai loại tuốc bin gió chính được sử dụng, đó là: tuốc bin gió tốc độ cố định và tuốc bin gió với tốc độ thay đổi Loại tuốc bin gió thông thường nhất là tuốc bin gió với tốc độ cố định (Fixed speed wind turbine), trong đó máy phát không đồng bộ được Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công nối trực tiếp với lưới Tuy nhiên hệ thống này có nhược điểm chính là do tốc độ cố định nên không thể thu được năng lượng cực đại từ gió 1.3 Khái quát về hệ thống PĐSG sử dụng MĐĐB-KTVC Ở các hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ ta phải tạo từ thông kích từ trước khi khai thác năng lượng từ gió Việc kích từ đó hoặc thực hiện nhờ nguồn điện từ lưới (trường hợp vận hành có hoà lưới), hoặc nhờ ắc quy để tạo kích từ, hoặc nhờ tụ điện với điều kiện có từ thông dư trong máy điện không đồng bộ G ea r S B G ox C ~L = NL =PL ~ G ri d Hình 1.1 Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ kích thích nam châm vĩnh cửu(ĐB-KTVC) có điện áp máy phát được chỉnh lưu đơn giản Ge ar Bo S x G NL MF ~ = NL =PL ~ Gr id Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Hình 1.2 Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ kích thích nam châm vĩnh cửu(ĐB-KTVC) có điện áp máy phát được chỉnh lưu có điều khiển tuỳ theo sức tiêu thụ nhờ nghịch lưu phía máy phát Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp 12 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i*sd RIsd _ isd W1 usd ĐK PHTT _ usq ωs W2 RIsq isd Động cơ đồng bộ isq θ w3 is q Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc vòng điều chỉnh dòng startor 2.6.2 Tổng hợp vòng điều chỉnh tốc độ quay (UDC) Mô hình MĐĐB cực tròn kích thích vĩnh cửu chỉ ra rất rõ ràng rằng: vì từ thông cực từ là hằng (vĩnh cửu), mô men quay tỷ lệ thuận trực tiếp với thành phần dòng isq Dòng startor chỉ có nhiệm vụ tạo ra mô men quaychứ không có nhiệm vụ tạo từ thông Ta có sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh tốc độ như sau: i* s d ω * _ R ω W1 u RIsd RIs _ i s q s W 2 Đ K PH TT u d s ωs q ĐC ĐB w 3 q Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ quay ĐCĐB Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp ω 13 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2.7 Hệ thống điều khiển phía lưới 2.7.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển phía lưới Khâu điều khiển mờ MPPTL xác định công suất cực đại lấy từ gió phát lên lưới Phân tích tương tự như khi thiết kế bộ điều khiển mờ MPPTP, ta có cấu trúc của bộ điều khiển mờ MPPTL với chức năng là tìm ra công suất cực đại lấy từ gió để phát lên lưới như hình 2.13 U DC P i∗ u t u ∗ I Nd KĐK Nd − jθ Nα SVPWt u NLP N i u uN β M t v L P Nq D Nq w I e iNd iNq Q0 Tính Q +* - Q0 P0∗ - + P0 MPP TL iN α e− jθ NiN β θN P0uNd = uN ωr 2 PL L 3 i iNvNu iNw uNu uNv u v w Lưới điện Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phía lưới 2.7.2 Xây dựng mô hình dòng phía lưới 2.7.2.1 Mô hình liên tục phía lưới 2.7.2.2 Mô hình gián đoạn phía lưới 2.7.3 Thiết kế hệ thống điều khiển phía lưới 2.7.3.1 Phương thức điều khiển hệ thống phía lưới 2.7.3.2 Thiết kế khâu điều chỉnh dòng phía lưới có đáp ứng tức thời Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp 14 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG 3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MĐĐB - KTVC Công suất phát lên lưới (P0) 3.1 Bộ điều khiển MPPTP ĐKTTMF F MPP TL D VW1 Hình 3.1 Quan hệ giữa P0, tốc độ máy phát, tốc độ gió và hoạt động I E VW2 của các bộ điều khiển mờ MPPTL, ĐKTTMF G Với giả thiết bỏ qua tổn hao trong hệ thống, các đường cong quan C HMPPTL ĐKTTMF hệ giừa công suất máy phát phát lên lưới (P 0) vàVW3 độ máy phát (ωr) tốc được chỉ ra ở hình A MPPTL 3.1 B V điều Với một giá trị xác định của tốc độ gió, bộW4 khiển mờ MPPTP có nhiệm vụ là tìm ra tốc độ của máy phát tương ứng để công suất lấy từ ωr1 ωr2 ωr3 ωr4 Tốc độ máy phát (ωr) gió truyền lên lưới là lớn nhất Giả sử gió đang có tốc độ Vw 4, và tốc độ Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp 15 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật máy phát là ωr1, công suất mà hệ thống phát lên lưới ứng với điểm A, bộ điều khiển mờ sẽ thay đổi tốc độ từng bước một cho đến khi đặt tốc độ ωr2 ứng với công suất phát lên lưới cực đại tại B Nếu tốc độ gió tăng lên tới giá trị Vw2 , công suất phát lên lưới sẽ tăng lên ứng với điểm D, sau đó bộ điều khiển mờ MPPTP sẽ tìm ra tốc độ ω r4 ứng với điểm E là điểm mà công suất ra là cực đại Nếu tốc độ gió giảm từ Vw 2 xuống Vw3, công suất ra sẽ giảm xuống ứng với điểm G, sau đó MPPTP sẽ tìm ra tốc độ ωr3 để cho công suất ra cực đại ứng với điểm H Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển MPPTP được giải thích như sau: ứng với sự tăng hoặc giảm của tốc độ máy phát, MPPTP xác định sự thay đổi công suất đầu ra ∆P 0 tương ứng Nếu ∆P0 dương ứng với sự thay đổi tốc độ máy phát trước đó L∆ω r là dương, thì hướng tìm tốc độ máy phát là theo hướng tìm trước đó Ngược lại, nếu L∆ω r dương gây nên ∆P0 âm, thì hướng tìm tốc độ máy phát ứng với công suất ra cực đại sẽ theo hướng ngược lại ωr Khâu tỉ KWR ∆ωr(p KP ∆P0(p Mờ hoá, các u) 0 luật điều + khiển, thiết bị u) hợp thành và - ∆P ÷ lệ P0 Z-1 Z-1 + + ∆ + ωr giải mờ 0 L∆ωr(p -1 Z u) α Hình 3.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ MPPTP Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp ωr* Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.2 16 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Bộ điều khiển từ thông máy phát Trong quá trình máy phát làm việc, ta có thể điều chỉnh giảm từ thông khe hở thông qua thành phần dòng stator tạo từ thông i sd để giảm tổn hao sắt và do đó làm tăng hiệu suất của hệ thống Việc điều chỉnh giảm từ thông để có hiệu suất hệ thống là cực đại được thực hiện bởi bộ điều khiển mờ ĐKTTMF Ở một tốc độ gió nhất định Vw , tương ứng với tốc độ tối Hình 3.3 Phương thức tìm điểm làm việc có hiệu suất cực đại của hệ thống M ưu của máy phát ωr* (ứng với từ thông khe hở định mức ψ*), từ thông khe hở sẽ bị giảm bằng cách tăng thành phần dòng từ hoá isd theo chiều âm (ngược với từ thông cực từ ψp) Kết quả là dòng stator tăng, tổn hao đồng trong máy phát và bộ biến đổi tăng, tổn hao sắt giảm, tổng tổn hao của hệ thống (bộ biến đổi và máy phát) giảm và công suất phát lên lưới P0 tăng Công suất ra P0(k) được so sánh với giá trị trước đó P0(k-1) để xác định bước thay đổi ∆P0(k)., kết hợp với bước thay đổi dòng tạo từ thông trước đó L∆isd(pu) để tạo ra bước thay đổi của dòng tạo từ thông isd từ các luật mờ thông qua suy luận mờ và giải mờ Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ωr Khâu tính các hệ số tỉ lệ ∗ isq P0(k) + KIDS KP ∆isd*(pu Z-1 ∆isd* ) ∆P0(k)p Mờ hoá, các + + luật điều khiển, u ÷ - ∆P0(k P) (k-1) Z-1 0 17 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công thiết bị hợp thành và giải mờ isd* L∆isd(pu -1 Z ) Hình 3.4 Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ từ thông máy phát ĐKTTMF P0 KP0 Khâu tỉ lệ KWR ωr + Z-1 ∆ωr(p u) - ∆ω ÷ r ∆P0(p Mờ hoá, các u) Z-1 + + ∆P + luật điều khiển, thiết bị hợp thành và giải mờ L∆P0(p -1 Z u) 0 α Hình 3.13 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ MPPTL Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp P0* 18 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG 4 KIỂM CHỨNG HỆ THỐNG BẰNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 4.1 Tổng quan 4.1.1 Giới thiệu công cụ mô phỏng PLECS 4.1.2 Các tham số dùng cho mô phỏng 4.2 Xây dựng các khối mô phỏng trên MATLAB 4.2.1 Xây dựng các khối mô phỏng trên Simulink và PLECS 4.2.1.1 Khối “DFIM Model” 4.3 Kết quả mô phỏng phía máy phát 4.3.1 Kết quả mô phỏng giá trị dòng isd Hình 4.17 a: Giá trị dòng isd trên hệ tọa độ dq Hình 4.17 b: Giá trị dòng isd trên Plecs 4.3.2 Kết quả mô phỏng giá trị dòng isq Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 19 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Hình 4.18 a: Giá trị dòng isq trên hệ tọa độ dq Hình 4.18 b: Giá trị dòng isq trên Plecs Nhận xét: Ta thấy kết quả dòng isd và isq có được khi mô phỏng theo hai cách khác nhau đều bám theo giá trị đặt, tuy nhiên kết quả mô phỏng trên hệ tọa độ dq có chất lượng tốt hơn Vì trên hệ tọa độ dq, ta bỏ qua sai lệch của các bộ điều chỉnh, bộ phát xung, bộ nghịch lưu… Còn khi mô tả trên phần mềm Simulink/Plecs, ngoài việc tính đến sai lệch của các khâu trong hệ thống, ta còn xét đến sai lệch trong qua trình đo (như đo góc pha, đo các đại lượng dòng, áp…) 4.3.3 Kết quả mô phỏng giá trị công suất P0 trên hệ tọa độ dq 4.3.3.1 Trường hợp khi chưa có khâu mờ ĐKTTMF và khâu mờ MPPTP Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp 20 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5 0 0 4 0 5 4 0 0 3 0 5 3 0 0 2 0 5 2 0 0 1 0 5 1 0 0 5 0 0 0 2 4 6 8 1 0 1 2 Hình 4.19 :Giá trị P0 khi chưa có khâu mờ ĐKTTMF và MPPTP 4.3.3.2 Trường hợp khi có khâu mờ ĐKTTMF Hình 4.20 Giá trị isd trên hệ tọa độ dq khi có khâu mờ ĐKTTMF (dòng isd giảm tại t = 4s) Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp 21 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật T TOG U H N 35 3 25 2 15 1 05 0 0 2 4 6 8 1 0 1 2 Hình 4.21 Giá trị từ thông khi có khâu mờ ĐKTTMF (tương ứng với dòng isd giảm tại t = 4s) C N S A P O G U T o 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 Hình 4.22 Giá trị công suất Po khi có khâu mờ ĐKTTMF (tương ứng với dòng isd giảm tại t = 4s) - 0 1 0 - 0 2 0 0 2 4 6 8 1 0 1 2 Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 22 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Nhận xét: Tương ứng với thời điểm dòng isd giảm thì từ thông máy phát và tổn hao giảm làm cho công suất P0 tăng (tại t = 4s) Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp 23 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4.3.3.3 Trường hợp khi có khâu mờ MPPTP C N S A P K IC K A M M P P O G U T o H O H U O P T 50 0 40 5 40 0 30 5 30 0 20 5 20 0 10 5 10 0 5 0 0 0 2 4 6 8 1 0 Hình 4.23 Giá trị công suất Po khi có khâu mờ MPPTP CONG SUAT 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 Hình 4.24 So sánh giá trị công suất P0 trong trường hợp trước và sau khi có khâu mờ MPPTP Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp 1 2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 24 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Nhận xét: Nhìn vào kết quả mô phỏng ta thấy công suất thu được khi có khâu mờ MPPTP tốt hơn khi chưa có khâu mờ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận: Luận văn đã nghiên cứu và giải quyết được những nội dung sau: 1 Tìm hiểu hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ tua bin trục ngang, từ đó xây dụng mô hình toán học của hệ thống 2 Xây dựng các bộ điều khiển tối ưu (bộ điều khiển từ thông máy phát, bộ điều khiển phía lưới, bộ điều khiển góc cánh) để lấy công suất cực đại từ gió và hiệu suất của hệ thống phát điện sử dụng máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu 3 Tiến hành mô phỏng hệ thống theo hai cách: trên hệ trục tọa độ dq và trên hệ thống phần mềm Simulink/ Plecs và đã đưa ra kết quả mô phỏng Các kết quả thể hiện tính đúng đắn của việc xây dựng các bộ điều khiển tối ưu B Kiến nghị: 1 Trên đây là các kết quả mô phỏng trên 2 phần mềm khác nhau Ta thấy ở các kết quả mô phỏng trên Simulink/Plecs có đặc tính không tốt bằng kết quả mô phỏng hệ thống trên hệ tọa độ dq Nguyên nhân: - Do sai lệch giữa mô hình toán học và mô hình thực tế của hệ thống - Khi mô tả hệ thống trên hệ tọa độ dq, ta bỏ qua sai lệch của các bộ điều chỉnh, bộ phát xung, bộ nghịch lưu… Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp 25 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - Khi mô tả hệ thống trên phần mềm Simulink/Plecs, ngoài việc tính đến sai lệch của các khâu trong hệ thống, ta còn xét đến sai lệch trong qua trình đo (như đo góc pha, đo các đại lượng dòng, áp…) 2 Cần nghiên cứu để tìm cách khác phục sai lệch mô hình sao cho kết quả nghiên cứu giữa mô hình toán học và mô hình thực tế không nhiều để các kết quả nghiên cứu với mô hình toán học có thể áp dụng trực tiếp cho mô hình thực tế Với kết quả nghiên cứu của luận văn có thể được phát triển và áp dụng cho hệ thống phát điện sức gió với tua bin kiểu trục đứng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Alberto Isidori (1995) Nonlinear Control Systems (Third Edition) Springer-Verlag [2] Dương Hoài Nam, Nguyễn Phùng Quang: Về triển vọng ứng dụng phương pháp tuyến tính hóa chính xác trong điều khiển động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc Tự động hóa ngày nay, Chuyên san “Kỹ thuật điều khiển tự động” tháng 12 - 2004, tr 10-15 [3] Jost H Allmeling, Wolfgang P Hammer: PLECS – Piece-wise Linear Electrical Circuit Simulation for Simulink [4] Nguyễn Doãn Phước (2002) Lý thuyết điều khiển tuyến tính Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật [5] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung (2003) Lý thuyết điều khiển phi tuyến Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, [6] Nguyễn Phùng Quang (1998) Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha (tái bản lần thứ 1) Nhà xuất bản Giáo dục Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Luận văn thạc sĩ kỹ thuật [7] 26 Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Nguyễn Phùng Quang (2004) MATLAB & SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật [8] Nguyễn Phùng Quang: Máy điện dị bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo đảm phân ly giữa mômen và hệ số công suất Tuyển tập VICA 3, Hà Nội, 4/1998, tr 413-437 [9] Nguyễn Phùng Quang, Andreas Dittrich (2002) Truyền động điện thông minh Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật [10] Nguyễn Thế Cường (2003) Về triển vọng của phương pháp tuyến tính hóa chính xác trong điều khiển động cơ đồng bộ - kích thích vĩnh cửu Luận văn thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội [11] Phùng Ngọc Lân (2001) Tổng hợp hệ thống điều khiển thiết bị phát điện chạy sức gió dùng máy điện dị bộ nguồn kép, kiểm chứng nguyên lý qua mô phỏng trên nền MATLAB & Simulink Luận văn thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội [12] Nguyễn Công Hiền (2006), Mô hình hoá hệ thống và mô phỏng, Đại học Bách Khoa, Hà nội [13] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2006) Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội [14] Nguyễn Doãn Phước (2005) Lý thuyết điều khiển nâng cao, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội [15] Nguyễn Phùng Quang (1996) Điều khiển truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất bản Giáo dục [16] Nguyễn Phùng Quang (2007) Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ phát điện bằng sức gió có công suất 10 – 30 KW phù hợp với điều kiện Học viên: Nguyễn Thị Thắm – K11 TĐH – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp ... hình hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng kích thích vĩnh cửu hình 2.1, sử dụng nghịch lưu có điều khiển phía máy phát (NLMF) để thực thuật tốn điều khiển tối ưu hiệu suất máy phát. .. Kết luận: Luận văn nghiên cứu giải nội dung sau: Tìm hiểu hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng tua bin trục ngang, từ xây dụng mơ hình tốn học hệ thống Xây dựng điều khiển tối ưu (bộ. .. hiệu suất, chất lượng điện giảm giá thành Vì vậy, tác giả chọn đề tài: ? ?Điều khiển tối ưu hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng với tuốc bin kiểu trục ngang? ?? Luận văn chia thành chương