(LUẬN án TIẾN sĩ) về một GIẢI PHÁP điều KHIỂN QUÁ TRÌNH TRAO đổi NĂNG LƯỢNG hãm của tàu điện ĐƯỜNG sắt đô THỊ VIỆT NAM

1 MỞ ĐẦU 1, Tính cấp thiết đề tài: Giao thông điện với ưu điểm bật khả chuyên chở hành khách lớn, giảm ô nhiễm môi trường, giảm ùn tắc giao thông [63,78] Ở Việt Nam, mạng lưới đường sắt đô thị theo qui hoạch thời gian tới có tuyến triển khai Tp Hà Nội, tuyến Tp Hồ Chí Minh Tuy nhiên, lượng cần cấp để vận hành tuyến giao thông đô thị lên đến hàng tỷ kWh Do vậy, mục tiêu tiết kiệm lượng chạy tàu vấn đề cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao, đến chưa có nhóm nghiên cứu Việt Nam đề xuất giải pháp tiết kiệm lượng vận hành tàu điện thị Chính vậy, tác giá lựa chọn đề tài với tên gọi: "Về giải pháp điều khiển trình trao đổi lượng hãm tàu điện đường sắt đô thị Việt Nam" nhằm mục tiêu tiết kiệm lượng giải pháp thu hồi lượng hãm tái sinh đoàn tàu vận hành chế độ hãm kết hợp với lý thuyết tối ưu xác định profile tốc độ chạy tàu tối ưu Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm lượng vận hành đoàn tàu Qua đó, đề xuất giải pháp phù hợp với đặc điểm, điều kiện đường sắt đô thị Việt Nam; ứng dụng nghiên cứu cho tuyến đường sắt đô thị Cát Linh-Hà Đông để đánh giá mức lượng tiết kiệm Đối tượng nghiên cứu: Tàu điện đô thị có hệ truyền động sức kéo tích hợp tích trữ lượng siêu tụ Nội dung nghiên cứu: Cấu trúc luận án bao gồm chương - Chương 1: Tổng quan giải pháp thu hồi lượng hãm: Tổng hợp, phân tích cơng trình cơng bố trước đây, từ đề xuất hướng nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, xây dựng phương hướng giải vấn đề nghiên cứu - Chương 2: Thực mơ hình hóa đối tượng tàu điện tích trữ lượng siêu tụ - Chương 3: Đề xuất chiến lược điều khiển tối ưu lượng vận hành đồn tàu với đồn tàu có siêu tụ thu hồi lượng hãm tái sinh - Chương 4: Minh chứng tính đắn nghiên cứu lý thuyết thơng qua kết mô phần mềm Matlab với thông số tuyến tàu điện đô thị Cát Linh - Hà Đông, phần thực nghiệm biến đổi DC-DC Interleave thiết bị tích trữ lượng siêu tụ - Cuối cùng, số kết luận hướng nghiên cứu luận án trình bày phần kết luận Những kết luận án  Đề xuất sử dụng thiết bị tích trữ lượng siêu tụ đặt tàu tích hợp với hệ truyền động động điện kéo thông qua biến đổi DC-DC hai chiều thiết kế điều khiển siêu tụ theo đặc tính chạy tàu  Ứng dụng nguyên lý cực đại Pontryagin tìm điểm chuyển tối ưu chế độ vận hành, xác định đồ thị đặc tính tốc độ tối ưu lượng vận hành đồn tàu có sử dụng thiết bị tích trữ lượng siêu tụ đặt tàu CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP THU HỒI NĂNG LƯỢNG HÃM 1.1 Tình hình nghiên cứu giải pháp thu hồi lượng hãm 1.1.1 Các nghiên cứu nước Đây lĩnh vực Việt Nam nên cơng trình nghiên cứu tối ưu lượng vận hành tàu điện đô thị [60] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.1.2 Các nghiên cứu giới Sử dụng hiệu lượng vận hành đoàn tàu Năng lượng hãm tái sinh Lái tàu hiệu lượng Xác định Profile tốc độ chạy tàu tối ưu Công cụ hỗ trợ lái tàu ATO,DAS Sử dụng thiết bị tích trữ lượng Tối ưu điều độ vận hành nhiều đồn tàu Hình 1.7 Các chiến lược quản lý hiệu lượng vận hành đoàn tàu Các cơng trình nghiên cứu có hai nhóm giải pháp đạt tỷ lệ phần trăm tiết kiệm lượng cao hơn: Nhóm giải pháp thu hồi lượng hãm tái sinh nhóm giải pháp lái tàu hiệu lượng [31] 1.1.2.1 Các nhóm nghiên cứu thu hồi lượng hãm tái sinh a) Thu hồi lượng hãm tái sinh thiết bị tích trữ lượng Thiết bị tích trữ lượng siêu tụ (ESS) lắp đặt tàu, trạm điện kéo, điểm dọc tuyến chạy tàu để thu hồi lượng hãm tái sinh đoàn tàu vận hành chế độ kéo [ 9, 12, 21, 25, 44, 45, 46, 53, 58, 66, 68, 69, 72, 73, 75] b) Các trạm điện kéo có dịng cơng suất chảy hai chiều Các trạm điện kéo sử dụng chỉnh lưu tích cực cho dịng lượng chảy hai chiều giúp thu hồi lượng hãm trả bus DC đến 18% [86],[22] c) Các nhóm nghiên cứu thu hồi lượng hãm tối ưu điều độ vận hành nhiều đồn tàu: Giải pháp khơng địi hỏi chi phí đầu tư thêm sở hạ tầng tuyến, với ý tưởng sử dụng lượng hãm tái sinh từ đoàn tàu vận hành chế độ hãm chuyển sang đoàn tàu vận hành chế độ kéo Điển hình Subin Sun (2017) [71] kết hợp vận hành hai đoàn tàu khu gian, thu hồi lượng hãm tái sinh biểu diễn qua cơng suất q(t ) phương trình chuyển động: v dv = u f f (v) + q(t ) / v - ubb(v) - r (v) - g(x ) dx ì ï t < tb ï ï Với trình hãm xảy khoảng thời gian [tb, tc], q(t ) = íq (t ) tb £ t £ tc ï ï ï ï ỵ0 tc Nhận xét: Năng lượng hãm q(t ) không thu hồi trường hợp có 01 đồn tàu chạy tuyến 1.1.2.2 Các nhóm nghiên cứu lái tàu hiệu lượng a) Xác định hành trình chạy tàu tối ưu tuyến - Nhóm nghiên cứu trường đại học Nam Úc gồm Howlett, Benjamin, Pudney, Albrecht, Xuan xác định profile tốc độ tối ưu thơng qua tìm điểm chuyển tối ưu với luật điều khiển có xét đến điều kiện thực tế tuyến độ dốc đường, hạn chế tốc độ từ tìm thời gian quãng đường tối ưu chế độ vận hành đoàn tàu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhận xét: Nhóm nghiên cứu trường đại học Nam Úc nghiên cứu công bố không đề cập đến vấn đề tàu chạy thời gian Hai Nguyen (2018)[2] áp dụng PMP cho đoàn tàu với đầu máy diezen chạy đường dài, tìm profile tốc độ tối ưu ứng với cung đường có độ dốc khác nhau, hàm mục tiêu đề cập đến vấn đề ga thời gian Nhận xét: Trong luận án tác giả không đề cập đến vấn đề thu hồi lượng hãm 1.2 Lựa chọn hướng nghiên cứu nhiệm vụ cần giải luận án Qua phân tích cơng trình cơng bố cho thấy chưa có cơng trình kết hợp giải pháp thu hồi lượng hãm tái sinh ESS, xác định profile tốc độ chạy tàu tối ưu với đồn tàu có ESS tàu, đồng thời đảm bảo chạy tàu Do vậy, tác giả đề xuất cấu trúc lựa chọn để nghiên cứu Thu hồi lượng hãm Công nghệ Trạm điện kéo Hệ thống biến đổi lượng Chiến lược điều khiển - Bộ biến đổi DC-AC - Bộ biến đổi DC-DC - Điều khiển trình nạp/xả siêu tụ - Áp dụng PMP với đồn tàu có SCESS, xác định profile tốc độ tối ưu vận hành đoàn tàu DC Link ESS NL nguồn áp IM Bánh tàu Hình 1.14 Cấu trúc lựa chọn để nghiên cứu    Cơng nghệ: Tìm hiểu cơng nghệ vận hành tàu điện số tuyến đường sắt đô thị Việt Nam, cụ thể đường sắt đô thị tuyến Cát Linh - Hà Đông Hệ thống biến đổi lượng tàu điện: tập trung nghiên cứu biến đổi DC-DC Interleave đảm bảo trao đổi lượng siêu tụ hệ truyền động sức kéo Chiến lược điều khiển: - Đề xuất phương pháp điều khiển biến đổi DC-DC Interleave đảm bảo chế độ nạp-xả siêu tụ phù hợp với đặc tính chạy tàu - Đề xuất PMP xác định profile tốc độ tối ưu vận hành đoàn tàu Kết luận chương Thơng qua phân tích, tổng hợp số cơng trình nghiên cứu nước giải pháp tiết kiệm lượng vận hành tàu điện đô thị, tác giả lựa chọn đối tượng nghiên cứu tàu điện thị có tích hợp tích trữ lượng siêu tụ đề xuất chiến lược điều khiển độc lập đoàn tàu; đề xuất điều khiển thu hồi lượng hãm tái sinh cách điều khiển chế độ nạp/xả siêu tụ; sử dụng nguyên lý cực đại Pontryagin để tối ưu lượng vận hành đoàn tàu với hệ thống nguồn lai Những đề xuất kiểm chứng phần mềm mơ MATLAB Nội dung tóm tắt Chương tác giả cơng bố cơng trình số [3] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA ĐỒN TÀU VÀ THIẾT BỊ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG SIÊU TỤ Tính xác đặc điểm mơ hình tốn học tìm yếu tố cốt lõi định đến chất lượng hệ thống Vì vậy, chương tập trung mơ hình hóa hệ thống bao gồm:  Mơ hình hóa đồn tàu  Mơ hình hóa thiết bị tích trữ lượng siêu tụ Rday iday Dây tiếp xúc Trạm điện kéo Cần tiếp xúc iinv iC Rtdk DC-DC converter Etdk Usc rbr i LL RL ibr NL nguồn áp Csc IM IM Hình 2.1 Hệ truyền động tàu điện có tích hợp SCESS 2.1 Mơ hình hóa đồn tàu 2.1.1 Mơ hình hóa đồn tàu Mơ hình hóa đồn tàu cần tiến hành tính tốn lực tác động đến chuyển động đoàn tàu, hệ truyền động động điện kéo tạo nên chuyển động bánh tàu 2.1.1.1 Các lực tác động lên đoàn tàu Ray thứ ba, 750 VDC Feeder Lực cản khơng khí Tàu Bánh tàu Hộp số IM Lực kéo Momen động Đường ray Ma sát 𝛂 Trọng lực Hình 2.9 Sơ đồ loại lực tác động nên đoàn tàu [1] Lực kéo/lực hãm vành bánh xe: Hình 2.11 Đặc tính lực kéo/01 động Hình 2.13 Đường hồi qui lực kéo/01 động LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 2.12 Đặc tính lực hãm điện/01 động Hình 2.14 Đường hồi qui lực hãm điện/01động Các lực cản: FTr Faero mgsinα Froll α mg Hình 2.16 Các thành phần lực tác dụng lên đoàn tàu Các lực cản tác động lên đoàn tàu bao gồm: Lực cản có lực cản gió (Fwind) lực cản ma sát lăn (Froll); lực cản đường dốc (Fgrad) a Lực cản W0 Lực cản (hay cịn gọi lực cản bản) gồm lực cản gió lực ma sát W0 = Fwind + Froll (2.1)  Lực cản gió phụ thuộc vào tốc độ đồn tàu, kích thước hình dạng đồn tàu, biểu diễn theo cơng thức [93] Fwind = Ở đây:       rC d Af v - vwind = rC d Af v - v wind cos(v wind , v ) 2 { r } (2.2) mật độ khơng khí; Cd hệ số cản khơng khí, định hình dạng đồn tàu; Af mặt cắt lớn đoàn tàu; v tốc độ đồn tàu; vwind tốc độ gió; b góc nhọn tạo phương vận tốc gió với phương chuyển động đồn tàu  Lực cản lăn Froll Để đơn giản, xét đến ma sát lăn đường cứng xét trường hợp lý tưởng tất bánh xe có điều kiện giống Lúc này, lực ma sát lăn tính sau [93]: (2.3) Froll = fr mg cos a Trong fr hệ số cản lăn b Lực cản đường dốc F gra d Khi đoàn tàu vận hành đường dốc, lực cản đường dốc tính theo cơng thức: (2.4) Fgrad = mg sin(a ) Trong đó: a độ dốc đường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.1.1.2 Phương trình chuyển động đồn tàu Phương trình trạng thái chuyển động đoàn tàu thường biến đổi thành dạng lực tác động riêng qui đổi đơn vị khối lượng đồn tàu sau: ì ï dt ï ï = ï v ídx ï dv ïv = utr ftr (v ) - ubr fbr (v ) - w (v ) - fgrad (x ) ï ï ï ỵ dx (2.7) Ở đây: utr ubr định nghĩa biến điều khiển tương đối lực kéo lực hãm: utr = Ftr (v ) F (v ) ; ubr = br , utr Ỵ [0,1], ubr Ỵ [0,1] ; Ftr max (v ) Fbr max (v ) Lực cản đơn vị (còn gọi lực cản đơn vị) biểu diễn theo phương trình David: (2.8) w = a + bv + cv Với hệ số a,b,c Nhà sản xuất cung cấp 2.1.1.3 Phương trình chuyển động động Tel -TL = J d wr ; dt J = J m + J eq (2.9) m ổỗ Dwh ửữ ỗ ữữ Mụ men quỏn tính đồn tàu tính [59]: Jeq = N ỗỗố t ữứ (2.10) Mụ men ti động kéo làm việc chế độ động [59] TL = Ftr DWh D Wh = KmFtr với K m = 2thmor hmech 2thmor hmech (2.11) Khi động làm việc chế độ máy phát, mô men tải tính theo cơng thức [59]: Fbr DWh hgen TL = 2thmech = KG Fbr với KG = DWh hgen (2.12) 2thmech 2.2 Mơ hình hóa thiết bị tích trữ lượng siêu tụ Mơ hình hóa thiết bị tích trữ lượng gồm mơ hình hóa siêu tụ biến đổi DC-DC Interleave 2.2.4 Mơ hình hóa kho điện siêu tụ Siêu tụ thay mơ hình mạch điện tương đương gồm nhiều nhánh mắc song song [32] Hai nhánh RC cung cấp hai số thời gian để mô tả động học nhanh chậm iL I iP Ci v sc R P R Ci0 I d R d i i Ci1 Cd Vi (a) Ii R Ci C i0 i Ci1 (b) Hình 2.22 Mơ hình siêu tụ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Như phân tích động học siêu tụ xét khoảng thời gian ngắn nên lúc bỏ qua nhánh RdCd (có số thời gian cỡ phút) nhánh chứa điện trở RP (đặc trưng cho dòng rò dài hạn chế độ tự xả) hình 2.22b Xem hệ hai tụ có điện dung tương đương Ci phụ thuộc vào điện áp ui theo quan hệ: (2.21) C i (u i ) = C i + C i = C i + k v u i Gọi Ci=Csc, ui=usc, Ri=Rsc Mơ hình tốn học siêu tụ biểu diễn sau: ìï ïïi (t ) = C (u ) dusc (t ) sc sc ïï sc dt ïïu (t ) = R i (t ) + u (0) sc sc sc í sc ïï (0) u U = ïï sc sc,max ïïp (t ) = u (t )i (t ) sc sc ïỵ SC (2.22) 2.2.5 Mơ hình hóa biến đổi hai chiều DC-DC Interleave Bộ biến đổi DC-DC hai chiều không cách ly lựa chọn gồm nhánh song song (còn gọi biến đổi DC-DC Interleave) phù hợp với hệ truyền động công suất lớn, điện áp cao 2.2.5.1 Cấu trúc mạch lực biến đổi DC-DC Interleave ba nhánh van Kho điện thực trình nạp/xả lượng thông qua biến đổi DC-DC Interleave ba nhánh van Hình 2.24 Nguồn  Điện  Chỉnh Lưu NLNA AC Bánh Xe Động Cơ Hộp Số DC IM RD DC AC SCESS Bộ Biến Đổi DC Siêu Tụ DC HB1 SBK1 SBK2 DBS1 iL Siêu tụ HB3 HB2 SBK3 DBS2 DBS3 RL1,L1 RL2,L2 CDC Csc RL3,L3 UDC-link esr RSC usc SBS1 SBS3 SBS2 DBK1 DBK2 DBK3 Hình 2.24 Cấu trúc mạch lực biến đổi DC-DC Interleave Bộ biến đổi DC-DC Interleave có cấu hình gồm nửa cầu H (Half bridge-HB) mắc song song, hình 2.24 có ba nửa cầu H mắc song song là: HB1, HB2, HB3 Để tích trữ lượng siêu tụ nạp-xả theo đặc tính chạy tàu biến đổi DC-DC Interleave cần làm việc hai chế độ: tăng áp (Boost mode), giảm áp (Buck mode) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2.5.2 Mơ hình hóa biến đổi DC-DC hai chiều nhánh van Để mạch lực biến đổi DC-DC Interleave ba nhánh van hoạt động với giả thiết: Các van IGBT lý tưởng, BBĐ làm việc chế độ dòng liên tục, qui ước chiều dương dòng điện chảy qua cuộn cảm ứng với trạng thái nạp, chiều âm dòng điện ứng với trạng thái xả Vì ta ta minh họa chế độ dẫn dịng biến đổi DC-DC Interleave sơ đồ biến đổi DC-DC hai chiều nhánh van Hình 2.30a áp dụng phương pháp trung bình hóa mạch đóng - cắt để mơ hình hóa BBĐ DC-DC Interleave Phần tử đóng - cắt (các van) Hình 2.30a thay mạng hai cửa máy biến áp lý tưởng có tỷ số máy biến áp d (t ) : biểu diễn Hình 2.31, d(t) đại diện cho hệ số điều chế van IGBT Boost Buck D BS RL,L + S BK iL RL C UDClink S BS D BK + RSC Csc q = -q usc - L iL i1 (t ) i2 (t ) - u2 (t ) d(t):1 + iinv uDC -link + u1 (t ) ic - C - q Hình 2.30a Mơ hình động học trung bình Hình 2.31 Mạch điện tương đương biểu diễn BBĐ DC-DC hai chiều nhánh van theo tín hiệu trung bình BBĐ DC-DC hai chiều nhánh van Dựa vào mạch điện tương đương biến đổi DC-DC hai chiều Hình 2.31, áp dụng định luật Kirchhoff 1, phương trình trạng thái biến đổi biểu diễn sau: ìïdi (t ) R ïï L L i (t ) + d (t )u (t ) - u (t ) = ïï dt L DC link L L L SC (2.24) í ïï du (t ) ïïi (t ) = ic (t ) + i (t ) = DC -link - d (t )i (t ) L dt C ïỵ inv Chi tiết thiết kế điều khiển biến đổi DC-DC Interleave phương pháp điều khiển khác trình bày chương Kết luận chương Nội dung chương trình bày chi tiết tốn mơ hình hóa đối tượng tàu điện tích trữ lượng siêu tụ Trong mơ hình hóa đồn tàu thực hiện: Phân tích lực tác động lên đoàn tàu, hồi qui đường đặc tính lực kéo, hãm điện, xây dựng phương trình chuyển động đồn tàu, phương trình chuyển động động cơ, tính tốn momen tải Trong mơ hình hóa tích trữ lượng siêu tụ, thực mơ hình hóa siêu tụ mơ hình hóa biến đổi DC-DC Interleave có ba nhánh van Nội dung chương trình bày cơng trình [6] thuộc danh mục cơng trình cơng bố tác giả CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NĂNG LƯỢNG VẬN HÀNH ĐOÀN TÀU CÓ SIÊU TỤ Trong chương đề xuất cấu trúc điều khiển tổng thể lượng vận hành đoàn tàu với mục tiêu tiết kiệm lượng: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  Thiết kế điều khiển biến đổi DC-DC Interleave nhằm kiểm soát thu hồi lượng hãm tái sinh tích trữ lượng siêu tụ tàu  Sử dụng thuật toán tối ưu xác định profile tốc độ chạy tàu đồn tàu có tích hợp tích trữ lượng siêu tụ Trạm điện kéo B Trạm điện kéo A Pnguồn cấp Trạm điện kéo NL nguồn áp Hãm điện trở AC Nguồn Điện PSC UDC-link DC IM RD AC Bánh tàu TL Các lực cản DC-DC Interleave DC Csc K usc FR Froll Fgrad esr RSC RU uDC-link wm,v Tm , v DC Siêu tụ u*DC-link Động kéo DC iL* iL RI Hệ truyền động sức kéo PWM HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG (ÁP DỤNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU) Các lực kéo, cản, hãm Thơng số đồn tàu, tốc độ, khoảng cách, thời gian chạy tàu Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển tổng thể lượng vận hành đoàn tàu 3.1 Điều khiển biến đổi DC-DC Interleave * uDC -link + ‐ u iL* PI + 1/3 ‐ iL1 PI + _ SDK1 CARRIER DC -link + CARRIER 120 deg phase delay ‐ iL2 + _ ‐ PI iL3 SBK2 SDK2 CARRIER + 240 deg phase delay PI SBK1 + _ CARRIER SBK3 SDK3 Hình 3.6 Cấu trúc điều khiển hai mạch vòng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 Thiết kế luật điều khiển cho cấu trúc DC-DC Interleave theo nguyên lý dòng điện trung bình, với cấu trúc điểu khiển PI vịng vịng ngồi 3.1.1 Thiết kế mạch vịng điều khiển dòng điện Mục tiêu thiết kế điều khiển cho dịng điện trung bình qua cuộn cảm iL bám theo giá trị đặt iL* Thiết kế mạch vòng dòng điện theo ba bước Bước 1: Xác định phương trình trạng thái biến đổi DC-DC hai chiều mơ hình trung bình viết lại sau: ì ï di (t ) R 1 ï ï L = - L iL (t ) + d (t )uDC -link (t ) - uSC (t ) ï L L L í dt ï du t ( ) 1 DC -link ï = - d (t )iL (t ) + iinv (t ) ï ï dt C C ï ỵ (3.1) Bước 2: Xác định điểm làm việc cách cho đạo hàm vế trái hệ phương trình (3.1) khơng đại lượng trạng thái xác lập ì ï -RL U ï 0= I Le + U DC -link eD - SC ï ï L L L (3.2) í ï i ï 0= I LeD + inv ï ï C C ï ỵ Giải hệ phương trình (3.2) tìm nghiệm (I Le,U DC -link e ) điểm làm việc ứng với giá trị điện áp siêu tụ đo U SC hệ số điều chế D Bước 3: Thực tuyến tính háo phương trình đầu hệ phương trình (3.1) Do mơ hình (3.1) phi tuyến, nên thiết kế điều khiển theo phương pháp tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc Hàm truyền dòng điện cuộn cảm nhánh hệ số điều chế xét miền tín hiệu nhỏ tính sau: i (s ) U DC -linke / RL kC = = Gdd (s ) = L d (s ) L TC s + ( s + 1) RL Ở đây: kC = (3.6) U DC -linke L ; TC = RL RL Vì hàm truyền (3.6) có dạng hệ bậc nên cấu trúc điều khiển PI sử dụng để đảm bảo ổn định hệ thống triệt tiêu sai lệch tĩnh Với PI, điều khiển mô tả sau: Rdd (s) = k pC (1 + Gkin _ dd (s ) = TIC s )= k pC (1 + TIC s ) TIC s G dd (s )Rdd (s ) + TIC s = + G dd (s )Rdd (s ) TICTC s + TIC (1 + )s + k pC kC k pC kC Hệ số k pC ,TIC cần tìm :TIC (3.7) (3.8) L L ⋅ 104 = ,k = RL pC ⋅U DC -linke LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 3.1.2 Thiết kế mạch vòng điều khiển điện áp - điều khiển điện áp DC-link * * Thiết kế mạch vòng điều khiển điện áp uDC -link bám giá trị uDC với giá trị uDC -link -link số điện áp làm việc danh định theo tiêu chuẩn cấp điện sức kéo EN 50163 IEC 60850 Thiết kế điều khiển tương tự mạch vòng dòng điện; hàm truyền điện áp DC-link U DC -link với dòng điện cuộn cảm iL là: Gda (s ) = k pV uDC -link (s ) = iL (s ) TIV s + Trong đó: k pV = (3.21) U SC CU DC -link ;TIV = I inve I inve Tương tự mạch vòng dòng điện, thiết kế điều khiển PI cho mạch vịng điện áp có dạng: k (1 + TIV s ) ) = pV Rda (s) = k pV (1 + (3.22) TIV s TIV s Lúc này, hàm truyền hệ kín trở thành: G da (s )Rda (s ) + TIV s = Gkin _ da (s ) = + G da (s )Rda (s ) TIVTV s + TIV (1 + )s + k pV kV k pV kV Hệ số k pV ,TIV cần tìm :TIV = - CU DC -linke I inve , k pV = - (3.23) CU DC -linke ⋅ 103 2U SC 3.1.3 Kiểm chứng thiết kế biến đổi DC-DC Interleave Thông qua kết mơ Hình 3.7, 3.8, 3.9 kiểm chứng tính đắn thiết kế hai mạch vịng kiểm sốt chế độ nạp -xả siêu tụ theo theo đặc tính chạy tàu với thời gian chạy tàu từ ga Cát Linh đến La Thành 68s; đoàn tàu vận hành chế độ kéo từ 0-28s dòng điện siêu tụ dương, chứng tỏ siêu tụ xả lượng thu hồi chế độ hãm để hỗ trợ lượng cho đồn tàu chế độ kéo, từ 28-48s dịng điện siêu tụ 0, tương ứng đoàn tàu vận hành chế độ chạy đà, từ 48-68s đoàn tàu vận hành chế độ hãm tương ứng chế độ nạp siêu tụ dòng điện siêu tụ âm Với tốc độ vận hành đồn tàu khác nhau, cơng suất siêu tụ thu psc (t ) chế độ nạp -xả có giá trị khác LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 SOC% 80 79 78 77 10 20 30 40 50 60 68 Time(s) IL [A] 700 Usc 600 500 400 300 10 20 30 40 50 40 50 60 68 Time(s) 1000 500 isc Time(s) -500 -1000 10 20 30 Time(s) 60 68 Hình 3.7 Giá trị dịng điện iL Hình 3.8 Trạng thái nạp, điện áp, dịng điện siêu tụ chu trình chạy nhánh dịng điện tổng tàu Hình 3.9 Nạp/xả siêu tụ đồn tàu có tích hợp SCESS 3.4 Xây dựng tốn điều khiển tối ưu chuyển động đồn tàu theo nguyên lý cực đại Pontryagin Sử dụng nguyên lý cực đại Pontryagin (PMP) để xác định profile tốc độ vận hành đoàn tàu tối ưu, từ xác định lượng tiết kiệm so với profile tốc độ đồn tàu khơng có điều khiển 3.4.2 Điều khiển tối ưu lượng chạy tàu theo nguyên lý cực đại Pontryagin 3.4.2.1 Xây dựng phương trình chuyển động hàm mục tiêu Trong trường hợp đồn tàu sử dụng tích trữ lượng siêu tụ đặt tàu phương trình chuyển động đồn tàu biểu diễn lại sau: ìï dt ïï = ïídx v (3.54) psc (v, t ) ïï dv = utr ftr (v ) - ubr fbr (v ) + - w (v ) - fgrad (x ) ïïv v ïỵ dx Trong phương trình (3.54) có psc phụ thuộc vào vận tốc thời gian chạy tàu Tuy nhiên, để đơn giản trình thiết kế điều khiển tối ưu lượng chạy tàu, psc biểu diễn qua biến trạng thái thời gian t: psc (t ) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 13 Với thông số kỹ thuật đoàn tàu, khảo sát tuyến đường điều kiện biên xác định: ì ï £ v(x ) £ V (x ) ï ï ï í0 £ t (x ) £ Td ï ï £ x £ xf ï ï ỵ ìv(0) = 0; v(x ) = (3.55) ï f ï í ïït(0) = 0; t(x f ) = Td ỵ (3.56) Các điều kiện ràng buộc: ì ï 0£u £1 ï tr ï ï0 £ u £ í br ï ï Khô n g thể đồng thời có u > u > ï ï tr br ỵ Profile chạy tàu gồm ba chế độ: kéo  chạy đà  hãm Ở đây: V (x ) -vận tốc cho phép lớn nhất, x f - chiều dài quãng đường (3.57) (3.58) v (0) - vận tốc đầu, v (x f ) - vận tốc cuối Td - Thời gian chạy tàu lập điều độ vận hành Giới hạn lực kéo lực hãm: £ Ftr (v) £ Ftr max (v); £ Fbr (v) £ Fbr max (v) (3.59) cơng suất siêu tụ psc tính: ì ï P (t ) ï -e sc ï ï m ï ï psc (t ) = í ï ï P (t ) ï ï e sc ï ï ï m ỵ t1 £ t £ t (thời gian xả) t2 < t £ t (thời gian chạy đà) t3 < t £ t4 (thời gian nạp) (3.60) * * Bài tốn đặt ra: Tìm tác động điều khiển tối ưu utr , ubr quĩ đạo chuyển động tối ưu * * đoàn tàu v (x ) , t (x ) theo phương trình trạng thái (3.48) đảm bảo tiêu chuẩn tối ưu lượng vận hành đoàn tàu Ae nhỏ với điều kiện biên (3.49), (3.50); điều kiện ràng buộc (3.51), (3.52); giới hạn lực điều khiển (3.53) Trong trường hợp đảm bảo thời gian chuyển động đoàn tàu khu gian Td (đã biết trước), gọi thời gian chạy tàu thực tế Ta ta phải thêm điều kiện ràng buộc hàm mục tiêu: (Ta -Td )  (3.61) Để đảm bảo thời gian chạy tàu xác đưa thêm nhân tử Lagrange, ta có hàm mục tiêu có xét đến thu hồi lượng hãm tái sinh: x x é é ù p (t ) l ù l J = ò êutr ftr (v ) + ú dx + ò psc dx = ò êêutr ftr (v ) + sc + úú dx  ê v úû v v vû 0 ë ë xf f f (3.72) Khi áp dụng phương pháp nhân tử Lagrange để ghép chung hàm mục tiêu với điều kiện ràng buộc dạng phương trình thành tốn tối ưu khơng ràng buộc, cần phải có thêm điều kiện: ¶J = hay Ta -Td = ¶l Ta ị dt -T d =0 (3.73) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 14 Trong phương trình (3.73) nhân tử l khơng xuất dạng tường minh nên giải trực tiếp từ phương trình Vì thuật tốn xác định nhân tử Lagrange trình bày phần 3.4.2.2 Tối ưu quĩ đạo chuyển động đoàn tàu sở PMP Nguyên lý cực đại Pontryagin ứng dụng để giải toán vận hành hiệu lượng việc tìm điểm chuyển tối ưu chế độ vận hành từ có quĩ đạo vận hành tối ưu lượng đồn tàu Trong hình 3.11 chu trình chạy tàu gồm ba chế độ: Chế độ kéo  chế độ chạy đà  chế độ hãm vt(km/h) vh vb Gia tốc Hãm Chạy đà tc,xc ta,xa xh tb,xb xb x (m) Hình 3.11 Đặc tính chạy tàu Kết hợp (3.48) đến (3.54) hàm Hamilton viết: psc (v, t ) l + ) v v æ u f (v ) + psc (v, t ) / v - ubr fbr (v ) - w (v ) - fgrad (x )ư÷ ÷÷ +p1 + p2 ỗỗỗ tr tr ữứữ v v ốỗ H = -(utr ftr (v ) + (3.74) Ở p1, p2 biến đồng trạng thái Phương trình vi phân biểu diễn biến đồng trạng thái dp1 dp (v, t ) dpsc (v, t ) p2 ỗổdpsc (v, t )ửữ ảH ữữ = (1 - p) sc == - ỗỗ dx v dt v ốỗ dt ÷ø v dt ¶t (3.75) é ¶f dp2 p lù p ¶H == êêutr tr - sc2 - úú + 21 dx v v û v ¶v ë ¶v p + 22 éêëutr ftr (v ) + psc (t ) / v - ubr fbr (v ) - w (v ) - fgrad (x )ùúû v p2 éê ¶ftr psc ¶f ¶w ùú - êutr - - ubr br v ë ¶v v ¶v ¶v úû (3.76) Thay p = p2 , nên p ⋅ v = p2 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 15 ì ï dp2 ¶H ï =ï ï dx ¶v ï ï í p (t ) ï utr ftr (v ) + sc - ubr fbr (v) - w (v) - fgrad (x ) ï dv ï v = ï ï v ï ỵdx (3.77) d(p ⋅ v) dv dp dp2 =p +v = dx dx dx dx (3.78) v dp dp2 dv = -p dx dx dx (3.79) Hàm Hamilton viết lại sau: psc l p - pubr fbr - p(w + fgrad ) - + (3.80) v v v Để hàm Hamilton đạt giá trị cực đại theo hai biến điều khiển utr ubr , thành phần không H = (p - 1)utr ftr + (p - 1) chứa utr , ubr bỏ đi, còn: H ' = (p - 1)utr ftr - pubr fbr = utr (p - 1)ftr + ubr (-pfbr ) ¾¾¾ ¾  max u ,u tr (3.81) br Vậy hai biến điều khiển utr , ubr cần tìm để hàm H đạt cực đại là: utr £ p £1 p 1 { } max {0, - sgn( f )} max {0, - sgn( f )} max 0, - sgn( ftr ) ubr max {0, - sgn( ftr )} tr max {0, - sgn( ftr )} tr max {0, - sgn( ftr )} Các chế độ vận hành theo biến điều khiển tối ưu:  Lực kéo lớn (FP): utr = 1, ubr = p >  Một phần lực kéo (PP): utr Ỵ [0,1] , ubr = p =  Chạy đà(C): utr = 0, ubr = < p <  Lực hãm lớn (FB): utr = 0, ubr = p <  Một phần lực hãm (PB): utr = , ubr Ỵ [0,1] p = Thay (3.76), (3.77) vào (3.79) ta phương trình vi phân cho p (p - 1) dp (1 - p) p p l p = utr ftr¢(v) + psc (t ) + ubr fbr¢(v ) + w 0¢(v ) - - 31 (3.83) dx v v v v v v Điều khiển với chế độ lực kéo lớn nhất: p > 1, ubr = 0, utr = 1, ta xác định thời gian gia tốc ta , khoảng cách gia tốc x a , nhân tử l Sử dụng phương trình (3.83) (p - 1) dp (1 - p) p l p = ftr¢(v ) + psc (t ) + w 0¢(v ) - - 31 dx v v v v v Từ phương trình (3.54) xác định x a , ta : (3.84) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 16 ì ï dx v2 ï = ï ï v ⋅ utr ftr (v ) + psc (t ) - v ⋅ w (v ) - fgrad (x ) ⋅ v ïdv í ï dt v ï =ï ï v ⋅ utr ftr (v ) + psc (t ) - v ⋅ w (v ) - fgrad (x ) ⋅ v ï ỵdv (3.85) Với điều kiện đầu x(0)=0; t(0)=0 Điều khiển với chế độ phần lực kéo p = 1, ubr = 0, < utr < , nên dp = 0, tìm nhân tử dx Lagrange l Sử dụng phương trình (3.83): l p w 0¢(v ) - - 31 = v v v Từ phương trình (3.86), (3.86) dp1 = 0, dễ dàng lựa chọn p1 =0, nên dx l = v 2w0¢ (3.87) Do đó, l = v (b + 2cv ) (3.88) Nếu chọn l trước, giải phương trình (3.88) tìm tốc độ chạy khơng đổi vh Với chế độ chạy đà utr = 0, ubr = 0, < p < , tìm vận tốc bắt đầu giai đoạn hãm vb, thời gian chạy đà tc, khoảng cách chạy đà xc Tốc độ chạy đà tính [41,88] vb = y(vh ) j ¢(vh ) (3.89) Ở đây: j = v ⋅ w0 (v), y = v ⋅ w0¢(v) Từ (3.54) xác định xc,tc ì ï dx v ï = ï ï -w (v ) - fgrad (x ) ïdv í ï dt ï =ï ï w (v ) + fgrad (x ) ï ỵdv Với t (v = vh ) = ta ; x (v = vh ) = x a (3.90) Với chế độ lực hãm phần (PB): utr = 0, < ubr < 1, p = tìm l Sử dụng phương trình (3.83) l p1 ( ) p t - =0 v sc v3 v3 Do đó: l = -psc (t ) - p1 - (3.91) (3.92) Với chế độ lực hãm lớn (FB): utr = 0, ubr = 1, p < 0, tìm thời gian hãm tb, khoảng cách hãm xb Sử dụng phương trình (3.83) dp (p - 1) p p l p = psc (t ) + fbr¢(v ) + w 0¢(v ) - - 31 dx v v v v v (3.93) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 17 Từ phương trình (3.54) tìm tb, xb ì ï dx v2 ï = ï ï -v ⋅ ubr fbr (v ) - v ⋅ w (v ) + psc (t ) - v ⋅ fgrad (x ) ïdv í ï dt ï = ï ï ubr fbr (v ) - w (v ) + psc (t ) / v - fgrad (x ) ï ỵdv Với t (v = vb ) = tb , x (v = vb ) = x b (3.94) Kết luận chương Trong chương 3, thiết kế cấu trúc điều khiển biến đổi DC-DC Interleave đảm bảo trình nạp -xả siêu tụ, áp dụng nguyên lý cực đại Pontryagin cho tìm điểm chuyển chế độ vận hành tối ưu, từ tìm profile tốc độ tối ưu Kết chương trình bày cơng trình [1,2,4,5, 6,7,8,9] thuộc danh mục cơng trình công bố tác giả CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM Những kết mơ phần mềm MATLAB/Simulink trình bày chương để kiểm chứng kết nghiên cứu lý thuyết:  Hiệu SCESS thu hồi lượng chế độ hãm;  So sánh hiệu lượng vận hành đồn tàu có áp dụng PMP với trường hợp không áp dụng PMP;  Kết thí nghiệm có kiểm chứng khả làm việc biến đổi DC-DC Interleave 4.1 Mô Off-line Kết mô thiết kế điều khiển đề cập chương 2, có hai tốn 4.1.1 Chương trình mô hệ thống tàu điện với SCESS tuyến Cát Linh -Hà Đông (m/s) Kết mô chế độ vận hành đoàn tàu T1 đoàn tàu T2 xây dựng với kịch thể đầy đủ tình vận hành đồn tàu khu gian sau: Kịch 1: Tàu T1 vận hành chế độ hãm t = 48s; Tàu T2 bắt đầu chế độ kéo Tốc độ tàu T1,T2 (m/s) 20 15 10 00 train train 20 40 20 40 1000 60 80 100 120 140 160 80 100 120 140 160 Điện áp DC-link [V] (V) 800 600 400 200 00 60 Time (s) Hình 4.5 Đáp ứng điện áp DC-link T1 hãm T2 kéo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 18 Tổn thất lượng T1 điện trở hãm (khơng có SCESS)(Wh) 150 100 100 75 50 25 50 -50 4000 Tổn thất lượng T2 điện trở hãm (khơng có SCESS)(Wh) 125 20 40 60 80 100 120 140 160 Tiêu thụ lượng lưới (khơng có SCESS) (Wh) 2000 1000 00 20 40 60 80 Time(s) 100 120 140 160 20 40 60 80 100 120 140 160 Tiêu thụ lượng lưới (khơng có SCESS) (Wh) 2500 2000 1500 1000 500 3000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Time(s) Hình 4.6 Đáp ứng lượng tàu T1 T1 Hình 4.7 Đáp ứng lượng tàu T2 hãm T2 kéo T1 hãm T2 kéo Hình 4.5, Hình 4.6 cho thấy đáp ứng điện áp DC-link dao động khoảng 700 đến 900VDC tổn thất lượng điện trở hãm tàu T1 T2 4,3% Kịch 2: Cả T1 T2 vận hành chế độ kéo Tốc độ tàu T1,T2 (m/s) 20 train 15 train 10 00 20 40 60 80 100 120 140 160 140 160 Điện áp DC-link [V] 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 20 40 80 60 100 120 Hình 4.8 Đáp ứng điện áp UDC-link T1 T2 kéo 600 Tổn thất lượng điện trở hãm T1 khơng có SCESS(Wh) 500 450 400 300 300 150 -200 200 100 20 40 60 80 100 120 140 160 6000 Năng lượng tiêu thụ nguồn, khơng có SCESS(Wh) 0 6000 4500 4500 3000 3000 1500 1500 0 Tổn thất lượng điện trở hãm T2 khơng có SCESS(Wh) 20 40 60 80 Time (s) 100 120 140 160 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Năng lượng tiêu thụ nguồn, khơng có SCESS(Wh) 20 40 60 80 100 120 140 160 Time (s) Hình 4.9 Đáp ứng lượng tàu T1 Hình 4.10 Đáp ứng lượng tàu T2 T1 T2 kéo T1 T2 kéo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 19 Hình 4.8 cho thấy điện áp UDC-link dao động lớn khoảng 490 VDC đến 900 VDC so với kịch Tổn thất điện trở hãm tàu T1,T2 : 450(Wh)/4700(Wh) = 9,6% Hình 4.9, Hình 4.10 Kịch 3: T1, T2 vận hành chế độ kéo, hệ truyền động có tích hợp SCESS Hình 4.11 đến Hình 4.13 cho thấy điện áp U DC -link dao động khoảng 730 VDC đến 770VDC, tổn thất điện trở hãm 12(Wh)/2400(Wh) = 0,05% Như phần lượng hãm tái sinh trình hãm thu hồi siêu tụ 9,6% Tốc độ tàu T1,T2 (m/s) 20 train train 15 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 140 160 Điện áp DC-link (V) 900 850 800 750 600 550 500 00 20 40 60 80 100 120 Hình 4.11 Đáp ứng điện áp UDC-link T1, T2 kéo có SCESS Tổn thất lượng điện trở hãm T1, có SCESS(Wh) 15 Tổn thất lượng tàu T2, có SCESS[Wh] 10 10 5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Năng lượng tiêu thụ nguồn, có SCESS (Wh) 3000 20 40 60 80 100 120 140 160 Năng lượng tiêu thụ nguồn, có SCESS[Wh] 3000 2000 2000 1000 1000 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Time (s) Hình 4.12 Đáp ứng lượng tàu T1 T1, T2 kéo có SCESS 20 40 60 80 100 120 140 160 Time (s) Hình 4.13 Đáp ứng lượng tàu T2 T1,T2 kéo có SCESS 4.1.2 Chương trình mơ profile tốc độ tối ưu chạy tàu tuyến Cát Linh - Hà Đông áp dụng PMP với hệ thống tàu điện có tích hợp SCESS Tuyến tàu điện thị Cát Linh -Hà Đơng có 12 ga (tương ứng 11 khu gian), tổng chiều dài 12,662 km, tàu chạy từ ga đầu: Cát Linh, đến ga cuối: Bến xe Hà Đông a) Khảo sát lượng vận hành đồn tàu tàu điện khơng có SCESS  Khảo sát tiêu thụ lượng vận hành đoàn tàu ga Cát Linh-La Thành LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 20 Hình 4.16 So sánh profile tốc độ có/khơng sử dụng PMP Hình 4.17 So sánh profile thời gian tối ưu/khơng tối ưu với khoảng cách Hình 4.19 Tiêu thụ lượng chạy tàu có/khơng áp dụng PMP Khảo sát lượng khu gian tương tự khu gian đầu Hình 4.18 So sánh profile vận tốc theo thời gian có/khơng sử dụng PMP Hình 4.60 So sánh 12 ga có/khơng áp dụng PMP tối ưu profile tốc độ chạy tàu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 21 Hình 4.61 So sánh thời gian chạy tàu tương ứng 12 ga với profile tốc độ tối ưu/ không tối ưu Bảng 4.3 So sánh lượng tiêu thụ vận hành đồn tàu có/khơng có PMP Ga Khoảng cách (m) Thời gian Mức tiêu thụ chạy tàu Thời gian lượng không Mức tiêu thụ chạy tàu điều khiển theo không lượng tối ưu(kWh) tối ưu (s) PMP (kWh) điều khiển (s) Cát Linh-La Thành 931 19,5 66 18,59 68 La Thành-Thái Hà 902 10,94 79 9,7 81 Thái Hà-Láng 1076 10,5 95 9,8 97 Láng-VNU 1248 9,9 124 9,5 126 VNU- Vành đai 1010 17,4 77 15,4 78 Vành đai 3-Thanh 1480 17,4 105 15 107 Xuân Thanh Xuân-Hà 1121 17,6 86 15,7 87 Đông BS Bến xe Hà Đông -BV 1324 19,6 98 16,6 100 Hà Đông BV Hà Đông -La 1110 17,8 83 15,7 85 Khê La Khê-Văn Khê 1428 18,2 103 15,7 105 Văn Khê-Bến xe Hà 1032 17,4 72 15,5 74 Đông Tổng: 12662 176,24 988 157,19 1010 Tổng lượng tiêu thụ không áp dụng PMP: 176,24 kWh; Tổng lượng tiêu thụ áp dụng PMP: 157,19kWh; lượng tiết kiệm được: 10,8%; thời gian chạy kéo dài thêm 2s b) Khảo sát tiêu thụ lượng tàu điện có tích hợp hệ thống tích trữ lượng siêu tụ SCESS, đảm bảo thời gian chạy tàu cố định cách thay đổi nhân tử Lagrange l Trong toán xét 01 khu gian, từ ga Cát Linh - La Thành với khoảng cách 931m, thời gian chạy tàu 68s LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 22 Profile tốc độ không điều khiển tổng lượng tiêu thụ 19,5kWh Khi sử dụng PMP lượng tiêu thụ 18,57kWh (tiết kiệm 4,6%) Khi sử dụng PMP có SCESS lượng tiêu thụ 16,53 kWh (tiết kiệm 15,2%) Hình 4.66 Hình 4.62 Nạp/xả siêu tụ đồn tàu có tích hợp SCESS Hình 4.63 So sánh profile tốc độ có/khơng sử dụng PMP Hình 4.65 Tiêu thụ lượng chạy tàu có/khơng áp dụng PMP Hình 4.64 So sánh profile tốc độ tối ưu/khơng tối ưu với thời gian Hình 4.66 Tiêu thụ lượng chạy tàu không áp dụng PMP áp dụng PMP với tàu điện có SCESS Nhận xét: Tùy thuộc vào giai đoạn khai thác vận hành đoàn tàu, khảo sát lập lịch chạy tàu, số lượng hành khách, sở hạ tầng tuyến mà lựa chọn giải pháp tiết kiệm lượng phù hợp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 23 4.2 Xây dựng mơ hình thí nghiệm thiết bị kho điện Việc xây dựng hệ thống thí nghiệm mơ hình tàu điện với thiết bị tích trữ lượng siêu tụ tốn phức tạp, nên tác giả thực nghiệm minh chứng ưu điểm bộ biến đổi DC-DC Interleave với nhánh van với chế độ làm việc Buck (nạp) - Boost (xả) Hình 4.69 Hệ thống thí nghiệm SCESS Hình 4.71 Xung PWM với d=0.625 Hình 4.72 Đo dạng dịng điện ba cuộn cảm với d=0.625 Hình 4.74 Xung PWM với d=0.33 Hình 4.75 Đo dạng dịng điện ba cuộn cảm với d=0.33 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 24 Kết luận chương Các mơ off-line minh chứng vai trị SCESS tiết kiệm lượng vận hành đoàn tàu việc thu hồi lượng hãm tái sinh, đồng thời góp phần ổn định điện áp bus DC, khả ứng dụng lý thuyết tối ưu hiệu lượng vận hành đoàn tàu tạo tiền đề cho việc ứng dụng giải pháp sử dụng hiệuquả lượng thực tế đồn tàu thị Việt Nam thời gian tới Kết chương trình bày cơng trình [7,8,9] thuộc danh mục cơng trình cơng bố tác giả KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án cơng trình nghiên cứu Việt Nam đề cập đến vấn đề tiết kiệm lượng vận hành tàu điện đô thị Trong mục tác giả tóm tắt đóng góp luận án hướng phát triển đề tài Các đóng góp luận án  Đề xuất sử dụng thiết bị tích trữ lượng siêu tụ đặt tàu tích hợp với hệ truyền động động điện kéo thông qua biến đổi DC-DC hai chiều thiết kế điều khiển siêu tụ theo đặc tính chạy tàu  Ứng dụng nguyên lý cực đại Pontryagin tìm điểm chuyển tối ưu chế độ vận hành, xác định đồ thị đặc tính tốc độ tối ưu lượng vận hành đồn tàu có sử dụng thiết bị tích trữ lượng siêu tụ đặt tàu Kiến nghị Một số vấn đề nghiên cứu hoàn thiện thêm cho luận án như:  Nghiên cứu kết hợp thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ với cơng nghệ có mật độ lượng cao Acqui, bánh đà,…để mở rộng khả đáp ứng kho điện cho nhiều chiến lược điều khiển khác  Áp dụng phương pháp điều khiển khác qui hoạch động, phương pháp tối ưu tiến hóa phương pháp hàm trọng lượng với tốn đa mục tiêu để xác định profile tốc độ chạy tàu tối ưu  Phát triển vấn đề điều khiển tối ưu điều độ nhiều đoàn tàu chạy tuyến  Bài toán điều khiển tối ưu lượng vận hành đồn tàu tuyến có độ dốc thay đổi  Vấn đề điều khiển tối ưu vận hành đoàn tàu profile tốc độ theo thời gian có hình dạng đường cong chữ S trình gia tốc trình hãm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... IM Bánh tàu Hình 1.14 Cấu trúc lựa chọn để nghiên cứu    Cơng nghệ: Tìm hiểu cơng nghệ vận hành tàu điện số tuyến đường sắt đô thị Việt Nam, cụ thể đường sắt đô thị tuyến Cát Linh - Hà Đông... biến đổi lượng tàu điện: tập trung nghiên cứu biến đổi DC-DC Interleave đảm bảo trao đổi lượng siêu tụ hệ truyền động sức kéo Chiến lược điều khiển: - Đề xuất phương pháp điều khiển biến đổi DC-DC... đối tượng nghiên cứu tàu điện thị có tích hợp tích trữ lượng siêu tụ đề xuất chiến lược điều khiển độc lập đoàn tàu; đề xuất điều khiển thu hồi lượng hãm tái sinh cách điều khiển chế độ nạp/xả