Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Cải thiện chất lượng điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép dùng trong hệ t...

Tài liệu Cải thiện chất lượng điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép dùng trong hệ thống phát điện chạy sức gió bằng phương pháp điều khiển phi tuyến

.PDF
131
62
64

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN --------------------------X W----------------------------- ĐẶNG DANH HOẰNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP DÙNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CHẠY SỨC GIÓ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN --------------------------X W----------------------------- ĐẶNG DANH HOẰNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP DÙNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CHẠY SỨC GIÓ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN Chuyên ngành: Tự động hoá Mã số: 62.52.60.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang THÁI NGUYÊN 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Ngoài các tài liệu tham khảo đã được trích dẫn, các số liệu và kết quả mô phỏng Offline, thời gian thực được thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang là trung thực. Tác giả Đặng Danh Hoằng ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp cùng các thầy giáo, cô giáo, các anh chị tại Trung tâm công nghệ cao Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả có thể hoàn thành bản luận án của mình. Đặc biệt tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và khích lệ tác giả hoàn thành bản luận án này. Qua đây tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong ban giám hiệu trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện và có những khích lệ, động viên kịp thời để tác giả hoàn thành bản luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Như Hiển - Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để tác giả thực hiện thành công bản luận án này. iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt vii Danh mục các bảng biểu xi Danh mục các hình vẽ và đồ thị xii Mở đầu 1 Chương 1. Tổng quan 5 1.1 Khái quát về hệ thống năng lượng gió và đối tượng nghiên cứu 5 1.2 Các thành phần điều khiển của hệ thống phát điện sức gió sử dụng 9 MĐKĐBNK 1.2.1 Điều khiển turbine 10 1.2.2 Điều khiển Crowbar hoặc Stator switch 12 1.2.3 Điều khiển phía lưới và phía máy phát 13 1.3 Cấu trúc điều khiển hệ thống máy phát điện chạy sức gió sử dụng 13 MĐKĐBNK 1.4 Tổng quan các vấn đề đã được giải quyết, các vấn đề tồn tại và Giải 15 pháp điều khiển 1.4.1 Các vấn đề đã được giải quyết 15 1.4.2 Các vấn đề còn tồn tại 15 1.4.3 Giải pháp điều khiển 16 Chương 2. Phương pháp điều khiển tựa theo thụ động 2.1 Nguyên lý điều khiển tựa theo thụ động 17 17 iv 2.2 Hệ Euler - Lagrange 18 2.3 Phương trình Euler-Lagrange 19 2.4 Các đặc tính của hệ Euler-Lagrange 21 2.4.1 Đặc điểm thụ động của hệ Euler-Lagrange 21 2.4.2 Khả năng phân tích hệ Euler-Lagrange thành các hệ thụ động 23 con 2.4.3 Đặc điểm bảo toàn hệ Euler-Lagrange khi nối các hệ con với 25 nhau 2.4.4 Đặc điểm thụ động của hệ kín 26 2.4.5 Một số giả thiết và định nghĩa khác 27 2.5 Đặc tính ổn định của hệ Euler-Lagrange 28 2.5.1 Hệ suy giảm toàn phần 28 2.5.2 Hệ suy giảm riêng 29 2.6 Kết luận chương 2 Chương 3. Mô hình hệ thống điều khiển máy phát điện sức gió 3.1 Mô hình toán học phía máy phát và phía lưới 29 30 30 3.1.1 Biểu diễn vectơ không gian các đại lượng 3 pha 30 3.1.2 Mô hình trạng thái liên tục phía máy phát 31 3.1.3 Các biến điều khiển công suất tác dụng và phản kháng phía 36 máy phát 3.1.4 Mô hình trạng thái liên tục phía lưới 38 3.1.5 Mô hình gián đoạn phía lưới 40 3.1.6 Các biến điều khiển phía lưới 41 3.2 Khả năng ứng dụng phương pháp passivity - based cho máy phát 44 không đồng bộ 3 pha nguồn kép 3.2.1 Phương trình Euler-Lagrange của động học máy phát 44 3.2.2 Đặc điểm thụ động của máy phát 46 v 3.3 Kết luận chương 3 Chương 4. Cấu trúc điều khiển hệ thống máy phát điện sức gió theo 47 48 phương pháp passivity - based 4.1 Xây dựng cấu trúc điều khiển phía máy phát 48 4.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng rotor tựa theo hệ thụ động Euler- 55 Lagrange 4.2.1 Tổng hợp bộ điều chỉnh thành phần ird 55 4.2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh thành phần irq 56 4.3 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng rotor kết hợp tựa theo hệ thụ động 58 Euler-Lagrange và Hamilton để khử sai lệch tĩnh 4.3.1 Hệ Hamilton 58 4.3.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng rotor kết hợp 59 4.4 Khắc phục ảnh hưởng vùng giới hạn điện áp và bộ xử lý tín hiệu số 62 đến chất lượng điều khiển 4.4.1 Khắc phục vùng giới hạn điện áp 62 4.4.2 Khắc phục hiện tượng trễ trong bộ xử lý tín hiệu số 65 4.5 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng có kể đến các yếu tố ảnh hưởng 66 4.6 So sánh cấu trúc bộ điều chỉnh dòng PBC với bộ điều chỉnh dòng 68 tuyến tính 4.7 Các bộ điều chỉnh số cho các mạch vòng điều khiển ngoài 69 4.8 Tính toán giá trị thực và giá trị đặt 70 4.9 Hoà đồng bộ máy phát lên lưới 71 4.10 Giải pháp điều khiển khi lỗi lưới 73 4.11 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng phía lưới 77 4.12 Kết luận chương 4 78 Chương 5. Kết quả mô phỏng 5.1 Kết quả mô phỏng Offline 80 80 vi 5.1.1 Sơ đồ mô phỏng hệ thống máy phát điện sức gió 80 5.1.2 Chất lượng của hệ thống điều khiển 83 5.1.3 So sánh tính bền vững của hệ thống giữa hai phương pháp 89 điều khiển PBC và điều khiển tuyến tính 5.2 Kết quả mô phỏng thời gian thực (Hardware - in - the - loop) 5.2.1 Giới thiệu về Board điều khiển R&D DS1104 của hãng 92 92 dSPACE 5.2.2 Thiết lập mô trường làm việc mô phỏng thời gian thực 92 5.2.3 Xây dựng cấu trúc mô phỏng thời gian thực 93 5.2.4 Tổng hợp các kết quả mô phỏng 95 5.3 Kết luận chương 5 99 Kết luận và kiến nghị 101 Danh mục các công trình đã công bố của luận án 103 Tài liệu tham khảo 104 Phụ lục 110 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 1 fs Tần số mạch điện stator 2 fr Tần số mạch điện rotor 3 iN, is, ir Véctơ dòng điện phía lưới, stator, rotor máy phát 4 ird, irq, isd, isq Các thành phần dòng điện rotor, stator trong hệ toạ độ dq 5 iNd, iNq Các thành phần dòng lưới trong hệ toạ độ dq 6 isα, isβ Các thành phần dòng stator trong hệ toạ độ αβ 7 uN, us, ur Véctơ điện áp phía lưới, stator, rotor máy phát 8 urd, urq, usd, usq Các thành phần điện áp rotor, stator trong hệ toạ độ dq Véc tơ điện áp điều khiển rotor đầu ra của bộ điều chỉnh 9 urPBC 10 urdPBC, urqPBC 11 uNd, uNq Các thành phần điện áp lưới trong hệ toạ độ dq 12 J Mô men quán tính 13 Lm Điện cảm hỗ cảm giữa stator và rotor 14 Ls =Lm+Lσs Điện cảm stator 15 Lr =Lm+Lσr Điện cảm rotor 16 Lσs Điện cảm tản phía stator 17 Lσr Điện cảm tản phía rotor 18 mG Mô men điện từ máy phát dòng PBC Các thành phần điện áp rotor đầu ra của bộ điều chỉnh tựa theo thụ động trong hệ toạ độ dq viii 19 mW Mô men máy phát (do sức gió tạo ra) 20 Rs, Rr Điện trở stator, rotor 21 22 23 Ls Rs L Tr = r Rr 2 L σ = 1− m Lr .Ls Ts = Hằng số thời gian stator Hằng số thời gian rotor Hệ số tản tổng 24 ψs, ψr Véc tơ từ thông stator, rotor 25 ψsd, ψsq Các thành phần từ thông stator trong hệ toạ độ dq 26 ψrd, ψrq Các thành phần từ thông rotor trong hệ toạ độ dq 27 ω Vận tốc góc cơ học của rotor 28 ωN, ωs, ωr Vận tốc góc của mạch lưới, stator, rotor 29 zp Số đôi cực từ 30 uDC Điện áp một chiều trung gian 31 ϑ Góc rotor 32 ϑN, ϑs, ϑr Góc mạch điện lưới, stator, rotor 33 A Ma trận hệ thống 34 B Ma trận cấu trúc hệ thống 35 V Ma trận quán tính 36 LL Ma trận quán tính điện từ 37 C Ma trận điều kiện 38 D Ma trận suy giảm 39 R Ma trận điện trở 40 L Hàm Lagrange 41 Le, Lm Hàm Lagrange phần điện, cơ 42 Q Lực tác động lên hệ thống 43 Qe, Qm Lực tác động đầu vào phần điện, cơ ix 44 P Hàm thế năng 45 Pe, Pm Hàm thế năng phần điện, cơ 46 D(ω) Hệ số suy giảm 47 H Hàm tổng năng lượng 48 He, Hm Hàm năng lượng điện, cơ 49 K Hàm động năng 50 F Hàm tiêu thụ Rayleigh 51 Fe, Fm Hàm tiêu thụ phần điện, cơ 52 Qn Tác động do nhiễu 53 H(x) Hàm Hamilton 54 g(x) Hàm gia tốc trọng trường Các chữ viết tắt STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 55 MĐKĐBNK Máy điện không đồng bộ 3 pha nguồn kép 56 MPKĐBNK Máy phát không đồng bộ 3 pha nguồn kép 57 DSP Digital signal processor - Xử lý tín hiệu số 58 NLPL Nghịch lưu phía lưới 59 NLMP Nghịch lưu phía máy phát 60 MĐN Máy đóng ngắt 61 HS Hộp số 62 IE Máy khắc mã vạch xung 63 MBA Máy biến áp 64 MP Máy phát 65 ĐCVTKG Điều chế véc tơ không gian 66 THĐAL Tựa hướng điện áp lưới x 67 PLL Vòng khoá pha 68 PBC Passivity - Based Control 69 EL Euler - Lagrange 70 R IPBC Bộ điều chỉnh dòng rotor theo phương pháp PBC 71 ĐCuDC Bộ điều chỉnh điện áp một chiều trung gian 72 ĐCϕ Bộ điều chỉnh góc ϕ (cosϕ hoặc sinϕ) 73 ĐCMM Bộ điều chỉnh mô men 74 ĐCD Bộ điều chỉnh dòng 75 ĐCDMP Bộ điều chỉnh dòng máy phát 76 TSP Khâu tính giá trị đặt 77 GTT Khâu tính toán giá trị thực 78 ĐLĐK Đại lượng điều khiển 79 PĐSG Phát điện sức gió 80 ADC Bộ chuyển đổi tương tự số 81 GAS Ổn định toàn cục xi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu 5.1 5.2 6.1 6.2 Nội dung bảng biểu Thông số của MĐKĐBNK dùng làm máy phát điện sức gió trong mô phỏng Offline và mô phỏng thời gian thực Thông số thiết lập môi trường mô phỏng thời gian thực Thông số của MĐKĐBNK dùng làm máy phát điện sức gió trong mô phỏng Offline. Tham số phía lưới Trang 81 94 110 110 xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Nội dung Trang Một Wind farm trên biển gồm nhiều máy phát nối mạng với 5 nhau Các cấu trúc của hệ thống phát điện sức gió trong thực tiễn 6 Máy phát đồng bộ 3 pha kích thích vĩnh cửu hoặc không đồng 6 bộ 3 pha rotor lồng sóc Máy phát không đồng bộ 3 pha nguồn kép 7 Phạm vi hoạt động của MĐKĐBNK và dòng chảy năng lượng 8 ở chế độ MP 1.6 Các phương pháp điều khiển máy phát MĐKĐBNK 8 1.7 Hệ thống phát điện sức gió sử dụng crowbar 9 1.8 Hệ thống phát điện sức gió sử dụng stator switch 10 1.9 Các đường cong sử dụng trong giải pháp điều khiển turbine 11 1.10 Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng 14 MĐKĐBMK 2.1 Phân tích hệ EL thành hai hệ thụ động 24 2.2 Nối theo kiểu phản hồi của hai hệ EL 26 3.1 Biểu diễn các vector dòng stator, điện áp stator, từ thông stator 31 trên hệ trục tạo độ α,β và d,q 3.2 Đồ thị véc tơ dòng, áp, từ thông của MĐKĐBNK 38 3.3 Sơ đồ nguyên lý rút gọn phía lưới 38 3.4 Sơ đồ thay thế mạch điện phía lưới 39 3.5 Biểu diễn véc tơ dòng điện phía lưới 41 3.6 Sơ đồ cấu trúc điều khiển tổng quát phía máy phát và phía 43 xiii lưới hệ thống PĐSG sử dụng MĐKĐBNK 3.7 3.8 4.1 4.2 4.3 Phân tích MĐKĐBNK thành động học phần điện và phần cơ 44 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc điều khiển MĐKĐBNK theo 47 phương pháp PBC Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển phía máy phát 48 Cấu trúc bộ điều chỉnh véc tơ dòng PBC bao gồm 2 khối chức 54 năng Hệ thống điều khiển máy phát (MĐKĐBNK) trong hệ thống 54 PĐSG sử dụng bộ điều chỉnh Passivity - Based 4.4 Sơ đồ bộ điều chỉnh số dòng thành phần ird tựa theo EL 57 4.5 Sơ đồ bộ điều chỉnh số dòng thành phần irq tựa theo EL 57 4.6 Sơ đồ bộ điều chỉnh số dòng thành phần ird tựa theo EL và 61 Hamilton 4.7 Sơ đồ bộ điều chỉnh số dòng thành phần irq tựa theo EL và 62 Hamilton 4.8 Quan hệ giữa các véc tơ trong thực hiện hoà đồng bộ 72 4.9 Sơ đồ cấu trúc điều khiển gián đoạn phía lưới 77 4.10 Hệ thống điều khiển phía lưới và phía máy phát 79 (MĐKĐBNK) trong hệ thống PĐSG sử dụng bộ điều chỉnh Passivity - Based 5.1 Sơ đồ mô phỏng toàn hệ thống 80 5.2 Các khối mô phỏng bên trong của lưới, bộ biến đổi và máy 81 phát 5.3 Khối bộ biến đổi nghịch lưu phía lưới và phía máy phát 81 5.4 Các vòng điều khiển ngoài để tính toán ird* và irq* 82 5.5 Khối tính toán các giá trị dòng, áp, từ thông đặt 82 5.6 Khối bộ điều chỉnh dòng rotor có kể đến dự báo dòng, hiệu 82 chỉnh sai lệch xiv 5.7 Khối điều khiển phía lưới 83 5.8 Đáp ứng dòng rotor 83 5.9 Đáp ứng dòng điện ird và irq theo giá trị đặt 84 5.10 Đáp ứng điện áp pha stator máy phát và lưới 84 5.11 Đáp ứng điện áp lưới và stator sau khi đã hoà đồng bộ 84 5.12 Đáp ứng mô men, cosϕ của máy phát theo giá trị đặt 85 5.13 Đáp ứng dòng ird và irq theo giá trị đặt 85 5.14 Đáp ứng mô men, cosϕ của máy phát theo giá trị đặt 85 5.15 Đáp ứng dòng ird và irq theo giá trị đặt 86 5.16 Đáp ứng mô men, cosϕ của máy phát theo giá trị đặt 87 5.17 Đáp ứng dòng ird và irq theo giá trị đặt 87 5.18 Đáp ứng mô men, cosϕ của máy phát theo giá trị đặt 87 5.19 Đáp ứng dòng ird và irq theo giá trị đặt 88 5.20 Đáp ứng mô men và cosϕ thay đổi theo giá trị đặt 88 5.21 Đáp ứng dòng ird và irq khi thay đổi giá trị 88 5.22 Điện áp lưới và mômen khi sập lưới 10% 89 5.23 Đáp ứng cosϕ và dòng rotor khi xảy ra sập lưới 10% 89 5.24 Điện áp lưới và mômen khi sập lưới gây sụt áp 25% 90 5.25 Đáp ứng cosϕ và dòng rotor khi xảy ra sập lưới 25% 90 5.26 Điện áp lưới, tần số góc mạch rotor vaf mô men khi xảy ra 90 sập lưới 50% 5.27 Đáp ứng cosϕ và dòng rotor khi xảy ra sập lưới 50% 91 5.28 Đáp ứng dòng rotor khi xảy ra sập lưới 50% [15] 91 5.29 Hình ảnh của Board điều khiển R&D DS1104 và giao diện với 92 ngoại vi 5.30 Thiết lập môi trường Solver và thiết lập mô phỏng thời gian 93 xv thực - Real-Time 5.31 Mối liên hệ giữa các phần mềm điều khiển 94 5.32 Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (1) 95 5.33 Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (2) 95 5.34 Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (3) 96 5.35 Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (4) 96 5.36 Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (5) 97 5.37 Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (sập 98 lưới 10%) 5.38 Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (sập 98 lưới 25%) 5.39 Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (sập 99 lưới 50%) 6.1 Đáp ứng dòng điện ird và irq theo giá trị đặt 110 6.2 a) Đáp ứng điện áp pha stator máy phát và lưới 111 b) Đáp ứng điện áp lưới và stator sau khi đã hoà đồng bộ 6.3 Đáp ứng mô men, cosϕ của máy phát theo giá trị đặt 111 6.4 Đáp ứng dòng ird và irq theo giá trị đặt 111 6.5 Đáp ứng mô men, cosϕ của máy phát theo giá trị đặt 112 6.6 Đáp ứng dòng ird và irq theo giá trị đặt 112 6.7 Đáp ứng mô men, cosϕ của máy phát theo giá trị đặt 112 6.8 Đáp ứng dòng ird và irq theo giá trị đặt 113 6.9 Đáp ứng mô men, cosϕ của máy phát theo giá trị đặt 113 6.10 Đáp ứng dòng ird và irq theo giá trị đặt 113 6.11 Đáp ứng mô men và cosϕ thay đổi theo giá trị đặt 114 6.12 Đáp ứng dòng ird và irq khi thay đổi giá trị 114 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay nhu cầu phát điện chạy sức gió ở Việt Nam ngày càng trở nên có tính thực tiễn cao, bởi nguồn tài nguyên than phục vụ cho các nhà máy nhiệt điện ngày càng cạn kiệt, thuỷ điện cũng gần khai thác hết công suất của nguồn nước trên các con sông Việt Nam. Ngoài ra nguồn năng lượng mặt trời vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu và mới chỉ dừng lại ở công suất nhỏ, trong khi đó sức gió ở Việt Nam chưa được khai thác nhiều. Trong tương lai gần hệ thống lưới điện sẽ xuất hiện các chủ lưới (các công ty tư nhân, liên doanh trong và ngoài nước) tham gia cung cấp điện năng cho toàn hệ thống. Vì vậy, việc bám lưới khi xảy các sự cố thông thường là một đòi hỏi cấp thiết cho hệ thống máy phát điện chạy bằng sức gió. Các phương pháp điều khiển tuyến tính chưa giải quyết được một cách triệt để ở chế độ vận hành phi tuyến với các yêu cầu chất lượng, bám lưới của máy phát điện chạy sức gió. Máy điện không đồng bộ 3 pha nguồn kép được ứng dụng làm máy phát trong các hệ thống phát điện chạy sức gió, nhờ khả năng điều khiển dòng năng lượng gián tiếp từ phía rotor thay vì trực tiếp trên stator. Khi đó thiết bị điều khiển đặt ở phía rotor chỉ cần thiết kế bằng 1/3 công suất toàn bộ máy điện, cho phép hạ giá thành chỉ còn 1/3 so với các loại máy điện khác. Điều này rất hấp dẫn về mặt kinh tế, nhất là khi công suất các máy ngày càng tăng, mặc dù về mặt phương pháp điều khiển có phần phức tạp. Trên thế giới có khá nhiều công trình nghiên cứu song chủ yếu theo các phương pháp điều khiển kinh điển. Ở nước ta, hiện nay chỉ có ở Trung tâm Công nghệ cao - ĐHBK Hà Nội đã có những công trình nghiên cứu về hướng này từ khá lâu. Vì vậy, việc thực hiện việc nghiên cứu tại đây sẽ đảm bảo cho sự thành công của luận án. Việc tổng hợp các thuật toán điều khiển phi tuyến hứa hẹn cải thiện chất lượng điều khiển máy phát để phát triển và khai thác triệt để nguồn năng lượng sạch (sức gió) ở Việt Nam. Chính vì vậy tác giả chọn đề tài "Cải thiện chất lượng điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép dùng trong hệ thống phát điện chạy sức gió bằng phương pháp điều khiển phi tuyến" trong luận án, tác giả đi nghiên cứu 2 thuật toán điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity - Based) để giải quyết các vấn đề trên. Mục đích nghiên cứu Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng rotor máy phát không đồng bộ 3 pha nguồn kép (MPKĐBNK) trong hệ thống máy phát điện sức gió bằng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (passivity - based), để cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống so với phương pháp điều khiển tuyến tính. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Máy điện không đồng bộ 3 pha nguồn kép: Thực chất là máy điện không đồng bộ 3 pha có rotor dây quấn (MĐKĐBNK). Hiện tại MĐKĐBNK ít được sử dụng với vai trò động cơ trong các hệ truyền động. Nhưng ý nghĩa của MĐKĐBNK trong vai trò máy phát chạy sức gió ngày càng tăng. - Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK. Đây là loại máy điện hứa hẹn hiệu quả kinh tế cao nhất trong các hệ thống như vậy. - Phạm vi nghiên cứu của luận án hạn chế trong việc khảo sát đặc điểm thụ động của MĐKĐBNK để từ đó tổng hợp cấu trúc điều khiển tựa theo thụ động (Passivity - based Controll, PBC) điều khiển véc tơ dòng rotor, thích hợp với chế độ vận hành phi tuyến hơn so với cấu trúc điều khiển tuyến tính kinh điển. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu các tài liệu lý luận về phương pháp điều khiển phi tuyến passivity - based. - Kiểm chứng bằng mô phỏng Offline trên cơ sở sử dụng phần mềm Matlab Simulink - Plecs. - Kiểm tra kết quả bằng mô phỏng thời gian thực. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học của đề tài là chứng minh khả năng sử dụng phương pháp thiết kế điều khiển phi tuyến trên cơ sở đặc điểm thụ động của đối tượng điều khiển là MĐKĐBNK. Luận án đã giải quyết thành công cả về mặt lý thuyết lẫn mô phỏng Offline và mô phỏng thời gian thực. 3 - Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là giúp đáp ứng yêu cầu của quản trị lưới điện là hệ thống phát điện chạy sức gió không được phép tự cắt ra khỏi lưới khi xảy ra lỗi lưới (đối xứng) sập một phần điện áp lưới. Việc tự cắt ra khỏi lưới có thể gia tăng nguy cơ gây mất ổn định, dẫn đến rã lưới. Đây là một yêu cầu khắc nghiệt mà các cấu trúc điều khiển tuyến tính đã bộc lộ nhược điểm, khó đáp ứng trọn vẹn. Đồng thời MĐKĐBNK có stator nối trực tiếp với lưới nên khó điều khiển ở các chế độ vận hành phi tuyến như vậy. Những đóng góp của luận án - Luận án là công trình khoa học đầu tiên áp dụng phương pháp thiết kế điều khiển phi tuyến passivity - based cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ 3 pha nguồn kép. - Luận án đã chỉ ra đặc điểm thụ động của MĐKĐBNK là cơ sở để áp dụng thành công phương pháp thiết kế cấu trúc điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động cho véc tơ dòng rotor. - Luận án đã chỉ ra ưu thế của cấu trúc điều khiển PBC so với cấu trúc điều khiển tuyến tính deadbeat trong chế độ vận hành phi tuyến xảy ra khi lỗi lưới (đối xứng) sập một phần điện áp lưới dẫn đến điện áp đầu vào của nghịch lưu phía lưới sụt giảm. Bố cục của luận án Luận án được chia làm 5 chương: Chương 1: Trình bày tổng quan về hệ thống máy phát điện sức gió, đưa ra một cách khái quát về hệ thống năng lượng sử dụng sức gió cũng như đề cập đến đối tượng cần nghiên cứu là MĐKĐBNK. Đưa ra các vấn đề mà các phương pháp điều khiển tuyến tính đã giải quyết cũng như tồn tại cần nghiên cứu giải quyết bằng phương pháp điều khiển phi tuyến mới tựa theo thụ động (passivity - based) nhằm cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống so với phương pháp điều khiển tuyến tính. Chương 2 Trình bày khái quát về phương pháp thiết kế điều khiển phi tuyến trên cơ sở tựa theo đặc điểm thụ động (passivity - based) của đối tượng điều khiển. Chương 3 Giới thiệu mô hình hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK, mô hình toán phía máy phát và phía lưới, cấu trúc điều khiển tổng
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan