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 -