CHƯƠNG 4: CÁC VÍ DỤ MINH HỌA
4.4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ DẠNG PID ĐỂ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
4.4.1 Giới thiệu
Tần số dao động thấp là một vấn đề phổ biến trong các hệ thống điện năng lớn. Trong một hệ thống điện, rối loạn gây ra bởi biến động tải sẽ dẫn đến những thay đổi của tần số hoạt động mong muốn. Các yêu cầu về kiểm soát tần số trong một hệ thống điện liên kết với nhau được thực hiện bởi hệ thống điều khiển tần số tải tự động ALFC. Bộ điều khiển thông minh là một bộ điều khiển logic mờ để ổn định tần số.
Các thuật toán điều khiển dựa trên logic mờ đã được thực hiện trong nhiều quá trình. Việc áp dụng các kỹ thuật kiểm soát như vậy đã được thúc đẩy bởi những lý do sau đây: 1) cải thiện mạnh mẽ hơn các thuật toán điều khiển tuyến tính thông thường; 2) điều khiển thiết kế đơn giản cho các mô hình hệ thống khó khăn; 3) đơn giản thực hiện nghiên cứu. Một vài nghiên cứu đã được thực hiện trong quá khứ về việc kiểm soát tần số của tải trong hệ thống điện liên kết với nhau.
Một số chiến lược kiểm soát đã được đề xuất dựa trên các lý thuyết điều khiển tuyến tính thông thường. Theo các nhà nghiên cứu, hệ thống biến cấu trúc điều khiển duy trì sự ổn định của tần số hệ thống. Tuy nhiên, phương pháp này cần một số thông tin về trạng thái của hệ thống, mà những cái này rất khó để xác địng hoàn toàn. Phương pháp điều khiển PID thông thường sẽ không đạt được một hiệu suất cao. Điều khiển logic mờ trình bày một công cụ tốt để đối phó với các hệ thống phức tạp, phi tuyến tính và không xác định thời gian và biến thể.
Trong bài viết này, các quy tắc cho các hệ số được chọn là giống hệt nhau để cải thiện hiệu suất hệ thống. Việc so sánh các đề xuất FGPID và PID thông thường cho thấy độ vọt lố và thời gian xác lập với bộ điều khiển FGPID đề xuất là tốt hơn so với bộ điều khiển PID
4.4.2 Mô hình hệ thống
Trong một mạng kết nối với nhau, một sự xáo trộn trong một đường dây hoặc thay đổi trong tải, dẫn đến tần số trên các hệ thống lân cận thay đổi gây ra vấn đề nghiêm trọng trong toàn bộ mạng lưới hệ thống điện. FLC là rất quan trọng trong việc vận hành hệ thống điện và điều khiển để cung cấp đầy đủ điện năng với chất lượng tốt.
Hệ thống điện liên kết với nhau một cách tự nhiên bao gồm các cấu trúc phức tạp và đa biến với nhiều khối điều khiển khác nhau. Hệ thống điện được chia thành các khu vực kiểm soát kết nối bằng đường dây. Trong mỗi khu vực kiểm soát, các máy phát điện có nhiệm vụ phải tạo thành một nhóm thống nhất.
Nó có nghĩa là sự chuyển động của rotor của chúng có liên quan chặt chẽ. Các thí nghiệm trên hệ thống điện cho thấy dòng điện và tần số của khu vực bị ảnh hưởng bởi những thay đổi tải tại điểm hoạt động. Vì thế, mỗi khu vực cần được kiểm soát dòng điện và tần số hệ thống.
Đó dao động tần số thoáng qua mà không có một sự gia tăng lớn trong mức độ và tốc độ điều khiển phải được giảm. Ngoài ra, số lượng các tín hiệu LFC gửi đến hệ thống điện mà không ảnh hưởng đến đối tượng khác phải giảm. Kể từ khi tải thay đổi nhỏ bị ảnh hưởng bởi công suất tác dụng, và các tần số, trong khi công suất phản kháng chỉ bị ảnh hưởng bởi độ lớn của điện áp dây, một vòng lặp điều khiển riêng biệt có thể được sử dụng để kiểm soát tần số. Nói chung, việc kiểm soát tải tần số được thực hiện bởi hai hành động kiểm soát khác nhau trong hệ thống điện hai khu vực kết nối với nhau: (a) sự kiểm soát tốc độ sơ cấp và (b) hành động kiểm soát tốc độ bổ sung hay thứ cấp. Tốc độ của đáp ứng giới hạn bởi thời gian trễ tự nhiên của tuabin và chính hệ thống của nó. Tùy thuộc vào các loại tuabin, vòng lặp sơ cấp thường đáp ứng trong vòng 2-20 s.
Mối quan hệ giữa tốc độ và tải trọng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi một tín hiệu đặt đầu vào. Trong thực tế, việc thay đổi tín hiệu đặt của tải có thể thực hiện bằng cách thay đổi tốc độ động cơ. Đầu ra của mỗi khối ở một tần số hệ thống nhất định có thể thay đổi chỉ bằng cách thay đổi tín hiệu đặt của tải.
Việc kiểm soát này là đáng kể chậm hơn và đi vào hoạt động chỉ khi kiểm soát tốc độ sơ cấp đã thực hiện công việc của mình. Thời gian đáp ứng có thể nằm trong một phút. Các hệ thống điều tốc được sử dụng để điều chỉnh tần số. Bộ điều tốc điều chỉnh van / cổng tuabin để đưa tần số trở lại với giá trị danh nghĩa hoặc theo lịch trình.
4.4.3 Thiết kế bộ điều khiển
Một hệ thống điện 2 khu vực không kiểm soát được biểu diễn ở hình dưới, trong đó f là tần số của hệ thống (Hz), Ri là hằng số quy định(Hz/đơn vị), Tg là hằng số thời gian tốc độ (s), Tt là hằng số thời gian tuabin (s) và Tp là hằng số thời gian của hệ thống (s). Mục tiêu của việc thiết kế bộ điều khiển được đề xuất là để cải thiện hiệu suất hệ thống điện dưới sự xáo trộn tải bình thường và khác nhau. Để duy trì tần số hệ thống trong một hệ thống điện liên kết với nhau, điều khiển được thiết kế sử dụng một phương pháp điều khiển PID mờ để cải thiện sự ổn định hệ thống điện. Toàn bộ hệ thống có thể được mô hình hóa như một hệ thống đa biến trong các hình thức:
= Ax + Bu + Ed (1)
x(t) = [ f1 pg1 pv1 ptie12 f2 pv2 ]T u(t) = [u1 u2 ]T
Trong đó A, B, E là các ma trận trạng thái hệ thống, phân phối và ma trận nhiễu loạn.
A two-area interconnected power system
Các đầu ra hệ thống, mà phụ thuộc vào khu vực kiểm soát lỗi (ACE) được hiển thị trong hình. 2, được cho bởi:
y(t) = [y1(t) y2(t)] = [ACE1 ACE2] = cx(t) (2)
Mục tiêu chính là để giảm thiểu các sai số điều khiển khu vực (ACE) mà ổn định tần số hệ thống cho một sự xáo trộn tải đột ngột. Hàm mục tiêu của bộ điều khiển tần số tải trọng được đưa ra bởi: ACEi = βFi + ptiei (3) Trong đó i là số vùng, F là độ thay đổi tần số, ptie là độ thay đổi công suất đường dây và β là hệ số dịch.
Two-area power system with controller Fuzzy logic controller
fuzzy logic rules for FGPI controller
4.4.4 Mô phỏng
Mô phỏng được thực hiện bằng cách sử dụng PID thông thường và các bộ điều khiển FGPID đề xuất áp dụng cho hai khu vực hệ thống điện liên kết với nhau. Các thông số cùng một hệ thống, đưa ra trong Bảng 2 đã được sử dụng trong tất cả các bộ điều khiển để so sánh. Hai tiêu chí thực hiện đã được lựa chọn trong mô phỏng. Các đồ thị độ lệch tần số đầu tiên được vẽ bằng phần mềm Matlab Simulink. Ở đây, thời gian xác lập và độ vọt lố của độ lệch tần số của bộ điều khiển được so sánh với nhau.
Bảng 2: TWO-AREA POWER SYSTEM PARAMETERS
Tg = 0.08 B1 = 0.425
R1 = 2.4 B2 0.425
R2 = 2.4 T12 = 0.086
Tp = 20 KP = 120
Tt = 0.3 a12 = -1 Ta có kết quả mô phỏng dưới đây:
So sánh đáp ứng đầu ra của 2 bộ điều khiển
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền ( 2004 ), Truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[2]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi ( 2004 ), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[3]. Trần Khánh Hà, (1997), Máy điện I, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[4]. Nguyễn Phùng Quang, ( 2004 ), MATLAB và Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[5]. Matlab toàn tập