Tóm tắt luận án Ứng dụng lý thuyết tối ưu RH để nâng cao chất lượng của hệ điều khiển ổn định hệ thống điện PSS

Tính cấp thiết, ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài Khi phải thiết kế, xây dựng một hệ thống điều khiển bất kỳ nào đó, các nhà thiết kế thường gặp phải bài toán là bộ điều khiển đượ

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết, ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài

Khi phải thiết kế, xây dựng một hệ thống điều khiển bất kỳ nào đó, các nhà thiết kế thường gặp phải bài toán là bộ điều khiển được thiết kế cần đảm bảo cho hệ thống có được chất lượng làm việc mong muốn như tính ổn định, mức tiêu hao năng lượng thấp, tính bền vững cao, trong dải công suất làm việc lớn Có thể thấy ngay được rằng các yêu cầu này khó có thể được đáp ứng chỉ với các công cụ điều khiển có cấu trúc đơn giản đang được sử dụng nhiều trong công nghiệp như bộ điều khiển PI, PID,…

PSS (Power System Stabilizer) là một trong các bộ điều khiển hiện đang được

sử dụng trong các nhà máy điện Ở Việt Nam, nó được lắp đặt trong các nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Phú Mỹ; nhà máy thủy điện Thác Bà, Yaly và Sơn La,… PSS

có nhiệm vụ tăng cường giảm các dao động tần số thấp trong hệ thống điện (HTĐ),

mở rộng giới hạn truyền tải công suất và duy trì hoạt động an toàn của mạng lưới điện Tuy nhiên, nó vẫn có hạn chế là mỗi bộ tham số điều khiển chỉ đảm bảo được tính ổn định cho hệ thống trong một dải công suất làm việc nhất định, ngoài dải công suất đó kỹ sư vận hành bắt buộc phải tự chỉnh định lại các tham số làm việc của PSS Hơn thế nữa, những tham số chuẩn được giới thiệu cũng chỉ đảm bảo được tính ổn định khi hệ thống làm việc độc lập và không bị các tương tác khác của những hệ thống xung quanh tác động dưới vai trò như các tín hiệu nhiễu ngoại sinh

Để nâng cao được khả năng làm việc bền vững cho các bộ điều khiển, hiện người ta vẫn sử dụng nguyên tắc thủ cựu là xây dựng thêm nhiều mạch vòng điều khiển bổ sung, bằng cách sử dụng bộ điều khiển PID và các bộ lọc lead–lag Song đáng tiếc tài liệu [Glover K và Doyle J C (1998)] chỉ rõ, nguyên lý điều khiển bảo thủ này vẫn chứa đựng các khiếm khuyết của nó và vẫn có thể dẫn tới sự phá vỡ chỉ tiêu chất lượng đặt ra của hệ thống, trong một số trường hợp các bộ điều khiển trên không đảm bảo được sự dập tắt đối với những dao động trong hệ thống

Gần đây, lý thuyết tối ưu RH được phát triển [Nguyễn Doãn Phước (2007)], [Pal B and Chaudhuri B (2005)], [Zhou K., Doyle J C and Glover K (1996)] đã

mở rộng kho công cụ cho các kỹ sư điều khiển để thiết kế bộ điều khiển bền vững, cho phép tạo ra được các bộ điều khiển bổ sung có khả năng mở rộng dải công suất làm việc định mức cho hệ thống mà vẫn đảm bảo được việc loại bỏ các tác động ngoại sinh bên ngoài Vì vậy, trong luận án này đã đề xuất xây dựng cấu trúc bộ điều khiển mới trên cơ sở lý thuyết tối ưu RHđể nâng cao chất lượng điều khiển

ổn định HTĐ Điều này mang tính cấp thiết và có ý nghĩa lớn trong thực tế

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu RH để nâng cao chất lượng điều khiển

ổn định HTĐ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

– Đối tượng nghiên cứu của luận án là HTĐ

– Phạm vi nghiên cứu của luận án được giới hạn trong việc nghiên cứu ổn

định góc tải (góc rotor) với các nhiễu nhỏ, các nhiễu nhỏ này sinh ra bởi thiếu mô men damping hoặc thay đổi về phụ tải hay máy phát trong quá trình làm việc Kỹ thuật thiết kế bộ điều khiển ở đây là lý thuyết điều khiển tối ưu RH

4 Phương pháp nghiên cứu

– Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các công trình

nghiên cứu được công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chuyên ngành; nghiên cứu cấu trúc và phương pháp lựa chọn thông số PSS Đánh giá ưu nhược điểm các bộ PSS đó

– Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu cấu trúc các PSS đang lắp đặt trong các

nhà máy điện hiện nay ở Việt Nam, rồi phân tích lý giải so sánh Kiểm chứng bộ điều khiển PSS thiết kế mới bằng mô phỏng trong Matlab R2010a & Simulink, sau

đó là mô phỏng thời gian thực trên Card R&D DS1104 Đánh giá khả năng ứng dụng của bộ PSS mới

– Lấy ý kiến chuyên gia: Tham khảo ý kiến của các nhà khoa học, ý kiến của

các kỹ sư vận hành nhà máy điện và nhà sản xuất thiết bị PSS của hãng ABB

5 Những đóng góp của luận án

– Luận án đã nghiên cứu một cách hệ thống về PSS Ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ưu RH thiết kế thành công bộ PSS tối ưu về cấu trúc và tham số để nâng cao chất lượng ổn định HTĐ Bộ điều khiển cho thấy làm việc bền vững với sai lệch mô hình và nhiễu Ngoài ra chất lượng ổn định lại ít nhạy cảm nhất với sai lệch mô hình và nhiễu

– Luận án đã dùng chuẩn Hankel để giảm bậc bộ điều khiển từ bậc 28 xuống bậc 6, giúp cho việc thực hiện bộ điều khiển RHcó tính khả thi trong thực tế – Luận án đã đánh giá được hiệu quả của các loại PSS theo chuẩn IEEE 421.5.2005 trong vấn đề giảm các dao động góc tải của máy phát điện trong HTĐ – Kết quả nghiên cứu của luận án mở ra khả năng ứng dụng RH– PSS trong HTĐ thực tế

6 Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị luận án gồm các chương sau đây:

Chương 1 giới thiệu cấu trúc chung về HTĐ; vấn đề điều khiển HTĐ như điều khiển điện áp, điều khiển tần số; phân tích nguyên nhân gây nên dao động góc tải, tác hại của dao động Cuối chương 1 trình bày các phương pháp thiết kế PSS như

mô men damping, đáp ứng tần số hay giá trị riêng và ma trận trạng thái Phân tích các tồn tại và nghiên cứu còn bỏ ngỏ

Chương 2 của luận án được dành để xây dựng mô hình toán tổng quát của trạm phát điện trong HTĐ Cụ thể là xây dựng mô hình toán của máy phát điện đồng bộ, kích từ và AVR, turbine và điều tốc Phần tiếp theo của chương là xây dựng mô hình toán của hệ máy phát điện khi kết nối với HTĐ qua đường dây tải điện

Chương 3 được dành để xây dựng mô hình toán đã tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc của hệ máy phát kết nối với HTĐ khi bị nhiễu loạn nhỏ tác động, từ

đó đưa ra được hệ phương trình trạng thái của HTĐ Trên đồ thị vector, giải thích bản chất vật lý các thành phần mô men khi chưa có AVR và khi có AVR từ đó thấy được sự cần thiết của PSS Phần tiếp theo của chương 3 giới thiệu các cấu trúc của PSS theo chuẩn IEEE 421.5.2005, phân tích các thành phần trong cấu trúc của PSS2A/2B Cuối chương 3 thực hiện đánh giá hiệu quả của PSS đối với ổn định góc tải Kết quả nghiên cứu trong chương này là một đóng góp của luận án

Chương 4 là chương trọng tâm của luận án Công việc đầu tiên được dành cho việc chuyển bài toán điều khiển ổn định tín hiệu nhỏ thành bài toán điều khiển bền vững Phần tiếp theo trình bày tổng quan về lý thuyết điều khiển tối ưu và các bước thiết kế bộ điều khiển bền vững PSS Với công cụ hỗ trợ là phần mềm Matlab, tác giả đã tìm ra bộ điều khiển bậc 28 Để bộ điều khiển có tính khả thi trong thực tế, tác giả đã dùng chuẩn Hankel để giảm bậc bộ điều khiển về bậc 6 Phần cuối của chương 4 dành cho việc mô phỏng bộ điều khiển trong hai trường hợp Mô phỏng trong Matlab và mô phỏng theo thời gian thực Kết quả nghiên cứu trong chương này là một đóng góp mới và quan trọng của luận án

Phần cuối cùng của luận án là các công trình đã công bố liên quan đến luận án, các tài liệu tham khảo và phần phụ lục

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu cấu trúc HTĐ

Điện năng được tạo ra ở trạm phát điện và được truyền tải đến hộ tiêu thụ thông qua mạng lưới điện phức tạp bao gồm các đường dây truyền tải, các máy biến áp, các thiết bị đóng cắt,…Ta có thể phân mạng lưới điện thành các hệ thống như sau: hệ thống truyền tải; hệ thống truyền tải trung gian; hệ thống phân phối

HTĐ như mô tả ở trên tạo nên sự phức tạp về cấu trúc cũng như độ tin cậy, Một mặt, HTĐ này cho phép khai thác tối đa các ưu điểm vận hành kinh tế, cho phép hệ thống chống lại được các sự cố bất thường mà không làm gián đoạn việc cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Mặt khác, là tiền đề thuận lợi cho việc phát triển các nguồn điện công suất lớn và việc đấu nối vào hệ thống Tuy nhiên, cũng làm nảy sinh vấn đề về ổn định HTĐ

1.2 Điều khiển HTĐ

1.2.1 Nhiệm vụ điều khiển HTĐ

Chức năng của một HTĐ là biến đổi năng lượng từ một dạng tự nhiên sang dạng điện và truyền tải đến các điểm tiêu thụ Sự tiện lợi của năng lượng điện là dễ truyền tải và điều khiển với hiệu suất và độ tin cậy cao Trong quá trình vận hành HTĐ cần đảm bảo các yêu cầu sau đây:

 Hệ thống phải có khả năng đáp ứng một cách liên tục với sự thay đổi nhu cầu tải CSTD và công suất phản kháng

 Chất lượng điện năng phải đảm bảo tiêu chuẩn: tần số hệ thống không đổi; điện áp nút không đổi

1.2.2 Cấu trúc điều khiển HTĐ

Phía nhà máy điện

Các bộ điều điều khiển HTĐ

Phía tryền tải điện

Turbine Điều khiển tần số tải (LFC)

Kích từ, AVR (nhanh)

FACTS

(nhanh)

Bộ điều khiển cơ khí (chậm)

Hình 1.4 Cấu trúc điều khiển HTĐ

Hình 1.4 là cấu trúc các bộ điều khiển HTĐ được phân chia làm hai khối:

 Khối điều khiển phía nhà máy điện có hai bộ phận cơ bản: một là điều khiển tần số tải (LFC) hay là điều tốc turbine, dùng để giữ tần số của máy phát ở giá trị định mức (50 Hz); một bộ phận quan trọng khác là hệ thống điều khiển kích từ

 Khối điều khiển phía đường dây có bộ phận quan trọng là các thiết bị FACTS [Antonio Griffo (2006)], FACTS được thiết kế đã góp phần tăng khả năng truyền tải, điều khiển luồng công suất và dập tắt các dao động trong HTĐ Ngoài các khối điều khiển nêu trên, trong HTĐ Việt Nam còn có trung tâm điều độ HTĐ Quốc gia, điều độ miền Bắc, miền Nam và miền Trung để chỉ huy vận hành HTĐ đáp ứng yêu cầu sản xuất và tiêu thụ điện năng

Sau đây ta xem xét vấn đề điều khiển hai thông số quan trọng của chế độ hệ thống là điện áp và tần số

1.2.2.1 Điều khiển điện áp

Để điều khiển điện áp người ta thực hiện điều khiển việc sản xuất, tiêu thụ công suất phản kháng ở tất cả các cấp trong HTĐ Các máy phát là phương tiện cơ bản để điều khiển điện áp, trong đó việc điều khiển dòng điện kích từ thông qua AVR sẽ duy trì được điện áp ở đầu cực các máy phát điện

Hệ thống kích từ (HTKT) bao gồm kích từ và AVR là một trong các hệ thống thiết bị quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc an toàn của máy phát điện Nó

có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho cuộn dây kích từ của máy phát điện đồng bộ

1.2.2.2 Điều khiển tần số

Quá trình điều khiển tần số gắn liền với điều khiển tốc độ của máy phát điện đồng bộ Tần số của hệ thống được đảm bảo dựa trên sự cân bằng công suất tác dụng (CSTD) Trong hệ thống có nhiều tổ máy, nhiều nhà máy điện nên cần có sự phân phối công suất giữa các tổ máy với nhau Bộ điều chỉnh tốc độ turbine của mỗi máy phát làm chức năng điều chỉnh tốc độ sơ cấp, trong khi bộ điều khiển thứ cấp làm nhiệm vụ phân phối công suất (AGC)

Trong hệ thống liên kết có hai hay nhiều khu vực điều khiển độc lập nhau, ngoài bộ điều khiển tần số nguồn phát

trong mỗi khu vực còn phải điều khiển

để duy trì lượng công suất trao đổi giữa

các khu vực theo kế hoạch định trước

Điều khiển nguồn phát và tần số thông

thường được biết đến với thiết bị điều

khiển tần số–tải (LFC)

Ngày nay, các thiết bị tự động điều

khiển cho phép duy trì tần số hệ thống

kết hợp phân bố kinh tế công suất giữa

các tổ máy nối song song đồng thời điều

khiển luồng công suất còn thiếu hụt giữa HTĐ và nhà máy

1.3 Vấn đề dao động góc tải trong HTĐ

1.3.1 Định nghĩa góc tải (góc rotor)

Góc tải (góc rotor)  là góc giữa vector sức điện động bên trong E do từ g

thông dòng điện kích từ sinh ra với vector điện áp trên thanh cái đầu cực máy phát

Đáp ứng của mối quan hệ công suất và góc  được biểu diễn như hình 1.7d Nếu góc tăng, công suất truyền tải sẽ tăng (giá trị cực đại thường được đảm bảo bằng 900

), sau đó nếu góc tiếp tục tăng công suất sẽ giảm Còn tiếp tục tăng góc nữa sẽ dẫn tới mất ổn định

1.3.2 Cân bằng công suất trong HTĐ

Trong quá trình vận hành, khi bị nhiễu loạn bởi sự thay đổi đột ngột, tốc độ và công suất của máy phát sẽ biến đổi xung quanh điểm vận hành Mối quan hệ này có thể được biểu diễn bởi phương trình chuyển động sau đây [Kundur P (1994)]:

2

2 0

1.3.3 Nguyên nhân gây ra dao động góc tải

Khi có tải yêu cầu đến một trạm có nhiều tổ máy, bộ phận AGC sẽ làm nhiệm

vụ phân công suất cho các tổ máy để hướng tới sự cân bằng Tuy nhiên do động học của mỗi máy phát là khác nhau, gây nên các luồng công suất trao đổi trong nội

bộ trạm phát, hoặc giữa máy phát với hệ thống qua đường truyền Những tác động xen kênh này khiến cho rotor máy phát dao động xung quanh điểm làm việc

Một nguồn khác gây nên dao động góc tải là việc sử dụng các bộ kích từ đáp ứng nhanh với AVR hệ số khuếch đại lớn có tác dụng cải thiện giới hạn ổn định tĩnh và ổn định động, nhưng lại làm giảm thành phần mô men damping, gây bất lợi với ổn định tín hiệu nhỏ

 Tác hại của dao động:

Khi góc tải dao động khiến tốc độ rotor không còn là tốc độ đồng bộ nữa, góc tải có thể vượt quá 900

(hình 1.7d), làm cho hoạt động máy phát bị mất đồng bộ, trong trường hợp không được khống chế kịp thời, nó rất có thể bị cộng hưởng với những dao động khác gây nên mất đồng bộ nghiêm trọng giữa các máy phát và lưới thậm chí gây tan rã HTĐ

 Cách tiếp cận nghiên cứu ổn định:

Trong cách phân loại ổn định HTĐ, thì ổn định góc tải chia ra làm hai loại và

ở đây ta chỉ xem xét bài toán ổn định tín hiệu nhỏ (nhiễu loạn nhỏ) Các nhiễu loạn này được coi là đủ nhỏ cho phép ta có thể sử dụng phương trình tuyến tính của hệ thống để phân tích ổn định

Lý thuyết ổn định tín hiệu nhỏ được dùng để nhận dạng và phân tích các dao động cơ điện tần số thấp trong HTĐ Các dao động này làm cho góc rotor của máy

phát tăng lên hoặc giảm đi so với điểm làm việc và là nguyên nhân của sự thiếu mô men đồng bộ hoặc mô men damping Theo Rogers G (2000) và Prasertwong K., Mithulananthan N., Thakur D., dao động tần số thấp gồm có các dạng sau đây:

 Các dao động cục bộ: Những dao động này thường liên quan đến một hoặc

nhiều máy phát đồng bộ quay với nhau tại một nhà máy điện so với một HTĐ lớn hay trung tâm phụ tải Tần số dao động trong khoảng 0,7–2 Hz

 Các dao động liên khu vực: Những dao động này thường liên quan đến việc

kết hợp rất nhiều máy phát tại một phần của HTĐ đối với phần khác của HTĐ thông qua đường truyền yếu Tần số các dao động thường nhỏ hơn 0,5 Hz

 Các dao động toàn cầu: Những dao động này liên quan đến nhiều HTĐ lớn

kết nối với nhau trên diện rộng Tần số dao động nhỏ hơn 0,2 Hz

Giải pháp để dập các dao động kể trên là sử dụng thiết bị ổn định HTĐ PSS hoạt động thông qua các bộ điều chỉnh điện áp AVR

1.4 Bộ ổn định HTĐ - PSS

Nhiệm vụ của PSS là ước lượng dao động ( )t gửi tín hiệu điện áp V PSStác động lên mạch kích từ để tạo ra một thành phần mô men điện từ dập dao động đó Thay vì phải đo trực tiếp góc tải, người ta thường đo biến thiên tốc độ rotor ( )t

và/hoặc công suất điện máy phát P t e( ) đẳng trị với ( )t rồi lấy hai tín hiệu đó để làm đầu vào cho PSS

w w 1

sT sT

Hình 1.12 Cấu trúc cơ bản của PSSTheo chuẩn IEEE 421.5–2005, PSS chia ra: PSS1A đây là loại có một đầu vào như sai lệch tốc độ , sai lệch tần số f , công suất điện P e; PSS đầu vào kép, có

tín hiệu đầu vào là sai lệch tốc độ  và công suất điện P e (PSS2A, PSS2B, PSS3B và PSS4B) Hình 1.12 là sơ đồ khối cơ bản của một PSS sử dụng trong HTĐ Nó bao gồm khâu lọc thông cao, khâu bù lead-lag, khâu lọc xoắn và khâu giới hạn

Tựu chung của tất cả các PSS hiện đang sử dụng là có một cấu trúc cứng với những tham số được chọn tự do và thường không nhất quán Mỗi hãng sản xuất có một luận điểm riêng khá phức tạp về việc chọn những tham số này

1.5 Những vấn đề nghiên cứu về PSS

1.5.1 Một số phương pháp thiết kế PSS

Trong thực tế các máy phát điện tương tác với nhau thông qua điện áp và dòng điện, ảnh hưởng động học của các máy là rất khác nhau Do đó phải xem xét một cách cụ thể khi thiết kế PSS, điều này được biết đến giống như việc phối hợp điều chỉnh của PSS trong hệ thống có nhiều máy phát Sau đây là một số phương pháp tiếp cận thiết kế PSS [Bikash Pal, Balarko Chaudhuri (2005)]

1.5.1.1 Phương pháp tiếp cận mô men damping

Khi sử dụng phương pháp này chúng ta phải tìm các hệ sốK1K6 của mô hình Heffron – Phillips (1952), cũng như sự ảnh hưởng của các máy phát khác tác động lên một máy cụ thể, việc tính toán bằng cách bổ sung thêm mô men làm giảm

sự dao động được gọi là mô men damping Trong dải tần số rộng, lý thuyết phân tích tín hiệu nhỏ được sử dụng để kiểm tra dao động tắt dần của mỗi máy phát

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, vì hệ số khuếch đại K PSS được chọn, các tham số khác của PSS như: khâu lọc thông cao, khâu bù pha,…tính toán

dễ dàng

Nhưng có nhược điểm là khi phân tích giá trị riêng đối với các dao động cục

bộ và dao động liên khu vực ở mạch vòng kín sẽ không đầy đủ, nên khi điều chỉnh

hệ số khuếch đại gặp nhiều khó khăn khiến góc tải vẫn có thể dao động

1.5.1.3 Phương pháp tiếp cận giá trị riêng và biến trạng thái

Phân tích giá trị riêng là phần chính của các nghiên cứu liên quan đến ổn định tín hiệu nhỏ Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong việc điều chỉnh và phân tích sự làm việc của PSS trong hệ thống có nhiều máy phát Độ nhạy giá trị riêng là công cụ hữu ích để nhận ra những vị trí máy phát tốt nhất cho việc thiết kế PSS Phương pháp này không bị giới hạn bởi sự phức tạp của mô hình

1.5.2 Các công trình nghiên cứu về PSS

Đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về PSS, nhưng đa số đều tập trung vào phương pháp lựa chọn tham số cho PSS theo cấu trúc cứng đã có Chẳng hạn như chọn tham số tối ưu H cho PSS [Chen S and Malik O P (1995)]; áp dụng chuẩn H2 để chọn tham số cho PSS [Doyle J C., Glover K., Khargonekar P P and Francis B A (1989)]; phương pháp thiết kế PSS bền vững sử dụng cấu trúc phân

tích  để chọn tham số cho PSS [Chen S and Malik O P (1995)]; điều khiển bền vững “loop shaping” [Mendiratta J K., Jayapal R (2010)], Sự thành công của các phương pháp trên dựa nhiều vào việc lựa chọn các trọng số, tuy nhiên lại không đưa ra một luật rõ ràng nào để áp dụng cho sau này

Nếu như việc giải các bài toán điều khiển tối ưu gặp những giới hạn thì cách tiếp cận chuẩn H để giải bất đẳng thức ma trận tuyến tính (LMI) có thể được áp dụng Sự tiện lợi của kỹ thuật này là nó có thể sử dụng cho nhiều mục đích điều khiển khác nhau, chẳng hạn như các nhiễu được lọc bằng điều khiển tối ưu cưỡng bức H thông qua H2 và gán điểm cực thông qua LMI [Dehghani M and Nikravesh

S K Y (2007)], [Gahinet P and Apkarian P (1994)]

Gần đây, với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển thông minh và khả trình, như thuật toán di truyền [Zhang P and Coonick A H (2000)], mạng neural [Zhang Y., Chen G P., Malik O P and Hope G S (1993)] và logic mờ [Hosseinzadeh N and Kalam A (1999)] đã giải quyết được một số các bài toán về chọn tham số cho PSS

1.6 Hướng nghiên cứu của luận án

Các phân tích ở trên cho thấy rằng, có khá nhiều các luận điểm riêng rẽ cho việc lựa chọn tham số của PSS với cấu trúc định trước và các tham số PSS hiện đang sử dụng chưa phải là tốt nhất Cũng như vậy, cấu trúc các PSS đang dùng chưa phải là tối ưu và sách lược thiết kế PSS tối ưu cấu trúc chưa có một nghiên cứu nào Vì vậy, luận án đã đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế cấu trúc PSS tối ưu trên cơ sở lý thuyết RHrồi từ đó thử nghiệm đánh giá, so sánh chất lượng với PSS

có cấu trúc chuẩn đang sử dụng hiện nay

Bộ điều khiển RHđề xuất trong luận án này không thay thế bất cứ một bộ điều khiển nào đã có trong HTĐ ngoại trừ PSS Cụ thể, nó không thay thế bộ turbine & điều tốc, bộ kích từ & AVR, Nó chỉ được bổ sung thêm vào HTĐ như một PSS tối ưu về tham số và cấu trúc để dập tắt các dao động góc rotor của máy phát điện Các dao động này có tần số khoảng 0,1–2 Hz và là hệ quả của sự tương tác giữa các máy phát, giữa máy phát với hệ thống hoặc do thiếu thành phần mô men damping bởi phản ứng quá nhanh của HTKT Tính tối ưu của bộ điều khiển RHnày nằm ở chỗ sự ảnh hưởng của nó tới những bộ điều khiển khác, cũng như chất lượng động học đã có của hệ thống là nhỏ nhất

1.7 Kết luận chương 1

– Phân tích nguyên nhân gây ra dao động, tác hại của dao động và biện pháp khắc phục Từ đó đưa ra vấn đề sử dụng PSS hoạt động thông qua AVR để dập tắt các dao động góc rotor của máy phát điện

– Phân tích các vấn đề về PSS, bao gồm các phương pháp tiếp cận thiết kế PSS như mô men damping, đáp ứng tần số hay giá trị riêng và ma trận trạng thái; cũng như phân tích các tồn tại và nghiên cứu còn bỏ ngỏ

– Trên nền lý thuyết tối ưu RH tác giả đã đặt ra nhiệm vụ thiết kế bộ điều khiển PSS bền vững để thay thế cho các PSS hiện có Để thực hiện được mục đích đặt ra đó, trước hết ta phải xây dựng được mô hình toán tổng quát của trạm phát điện và các phần tử có liên quan Đây là tiền đề quan trọng để áp dụng lý thuyết tối

ưu RH vào thiết kế bộ điều khiển PSS

Chương 2 MÔ HÌNH TOÁN CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN TRONG

HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Mô hình máy phát điện đồng bộ

2.1.1 Phương trình biểu diễn trên hệ trục toạ độ dq0 (luận án)

2.1.2 Phương trình máy phát điện đồng bộ khi mạch từ tuyến tính

Mô hình động học của máy phát điện đồng bộ biểu diễn trên hệ trục tọa độ

dq0, nếu sự bão hoà của mạch từ không xem xét đến như sau [Sauer Peter W and

2.4 Mô hình của hệ máy phát kết nối với HTĐ

2.4.1 Phương trình ràng buộc điện áp trong hệ đơn vị tương đối (luận án)

2.4.2 Mô hình multi–time–scale của hệ máy phát kết nối với HTĐ (luận án)

2.4.3 Mô hình bỏ qua quá độ stator của hệ máy phát kết nối với HTĐ (luận án) 2.4.4 Mô hình two–axis của hệ máy phát kết nối với HTĐ (luận án)

2.4.5 Mô hình flux–decay của hệ máy phát kết nối với HTĐ (mô hình bậc 3)

Để giảm bậc của mô hình, trong các phương trình ở phần trước còn chứa động học cuộn cản E d Nếu T q0 đủ nhỏ ta sẽ có được trạng thái động học với mong muốn giảm bậc này

Thay T q 0 0 vào (2.148 – luận án) ta được E d (X q X I q ) q 0 (2.163) Khử E d trong (2.158 – luận án), phương trình I d và I q trở thành

(R s R I e) d  (X q X I e) q V ssin(  vs)  0 (2.164) (R s R I e) q (X d X I e) d E q V scos(  vs)0 (2.165)

Sơ đồ động học của mô hình flux–decay máy phát điện đồng bộ như hình 2.11

Hình 2.11 Mô hình động học flux-decay của máy phát điện

Dạng cuối cùng của mô hình flux–decay, mà đã bỏ qua động học của tất cả các cuộn cản, bằng cách thay (2.163) vào (2.147)–(2.161) để khử đi E d như sau: