BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG MAI ĐÌNH THÀNH ĐIỀU KHIỂN TỰ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPỐK 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2018 B[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG MAI ĐÌNH THÀNH ĐIỀU KHIỂN TỰ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPỐK LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG MAI ĐÌNH THÀNH ĐIỀU KHIỂN TỰ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPỐK Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Tiến Dũng Đà Nẵng – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài luận văn “ Điều khiển tự chỉnh định tham số điều khiển PID cho Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Srêpốk 3” Thầy giáo PGS.TS Lê Tiến Dũng hướng dẫn cơng trình nghiên cứu thân tơi tự thực hiện; tơi có sử dụng số tài liệu để tham khảo trích dẫn Các số liệu NMTĐ Srêpốk kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình Tác giả xin hồn tồn chịu trách nhiệm với lời cam đoan Học viên Mai Đình Thành ĐIỀU KHIỂN TỰ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPƠK Học viên: Mai Đình Thành Chun ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 8520216 Khóa: K33 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Nhà máy Thủy điện Srêpơk nằm sơng Srêpốk thuộc tỉnh Đắl Lắk, góp phần đáng kể việc cung cấp điện cho lưới điện khu vực quốc gia Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn học hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Srêpôk sở giữ nguyên chất phi tuyến hệ thống để mơ hình mơ tả sát với thực tiễn nhà máy Trên sở mơ hình tốn học xây dựng hiểu biết chất hệ thống kinh nghiệm vận hành bảo trì hệ thống, tác giả đề xuất phương án cải tiến thuật toán điều khiển hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Srêpôk phương pháp tự chỉnh định tham số điều khiển PID dựa kết hợp PID thuật toán điều khiển mờ Hiệu thuật toán đề xuất thử nghiệm mơ hình mơ phần mềm Matlab/Simulink Kết cho thấy đặc tính điều chỉnh hệ thống chế độ power control tốt so với điều khiển củ, thời gian độ tốt độ điều chỉnh sai lệch tỉnh củng nhỏ hơn; đảm bảo tiêu chí chất lượng điều khiển, đáp ứng nhanh có yêu cầu cơng suất nhằm góp phần tham gia vào việc ổn định cho hệ thống điện khu vực Quốc gia Từ khóa - Nhà máy thủy điện; Hệ thống điều tốc; Logic mờ; Mơ hình hóa; Mơ SELF TUNING CONTROL OF PID CONTROLLER PARAMETERS FOR GOVERNOR SYSTEM OF SREPOK3 HYDRO POWER PLANT Abstract - Srepok Hydropower Plant is located on the Srepok River in Dak Lak Province, contributing significantly to the supply of electricity to the regional and national grid In this thesis, the author studies to builds the mathematical model of the governor system of Srepok hydropower plant on basis of maintain the nonlinear nature of the system so that the model conforms to the plant reality Based on the construction mathematical model and the understanding of the system as well as the experience of operating and maintaining the system, the author proposes a method for improving the control algorithm of the governor system of Srepok hydropower plant by algorithm self-tuning PID controller parameters, method based on the combination of PID and a fuzzy control algorithm The effect of the proposed algorithm is tested by simulation model on Matlab / Simulink The results show that the control characteristics of the system in the power control mode is better than the control of the tuber, not only the transition time better but also the over adjustment and the static deviation is very small; To ensure of criterion of control quality, responding quickly the power when have request to contribute to participate in the stability for the regional and National power system Key words - Hydropower plant; Governor system; Fuzzy logic; Modeling; Simulation MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục đề tài Tài liệu nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPỐK VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPỐK 1.1 Tổng quan nhà máy thủy điện Srêpốk .3 1.1.1 Vị trí địa lý nhà máy thủy điện Srêpốk 1.1.2 Giới thiệu thiết bị nhà máy thủy điện Srêpốk 1.2 Tổng quan Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Srêpốk 1.2.1 Chức hệ thống điều tốc nhà máy Srêpốk 1.2.2 Thông số hệ thống điều tố 1.2.3 Sơ đồ hệ thống điều tốc 10 1.2.4 Hệ thống dầu áp lực 11 1.2.5 Hệ thống điều khiển điều tốc 11 1.2.6 Quá trình khởi động, chế độ làm việc hệ thống điều tốc 13 1.2.7 Đường đặc tính điều tốc 15 CHƯƠNG MÔ HÌNH TỐN HỌC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPỐK 19 2.1 Đặt vấn đề 19 2.2 Xây dựng mơ hình phần tử hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện 20 2.2.1 Các phương trình động học hệ thống thủy lực .20 2.2.2 Mơ hình Turbine 24 2.2.3 Mơ hình đường ống áp lực 28 2.2.4 Mô hình hóa hệ thống máy phát – tải 29 2.2.5 Mơ hình hóa van hướng 33 2.3 Tổng hợp mơ hình 35 2.3.1 Mô hình tốn học hệ thống thủy lực .36 2.3.2 Mơ hình tổng thể hệ thống .36 2.4 Kết luận chương 38 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC 39 3.1 Cấu trúc điều khiển hoạt động hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Srêpốk 39 3.1.1 Bộ điều khiển làm việc nhà máy 39 3.1.2 Vấn đề tồn cấp thiết phải cải thiện chất lượng hoạt động hệ thống 40 3.2 Giới thiệu lý thuyết điều khiển 41 3.2.1 Giới thiệu điều khiển PID 41 3.2.2 Giới thiệu điều khiển mờ 44 3.3 Đề xuất thuật toán điều khiển nâng cao chất lượng hệ thống điều tốc 49 3.3.1 Đề xuất phương án 50 3.3.2 Thiết kế điều khiển mờ 50 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 58 4.1 Mô hệ thống điều tốc với thực trạng nhà máy (khi chưa đưa vào giải pháp nâng cao chất lượng) 58 4.1.1 Bảng thông số mô hệ tống điều tốc nhà máy thủy điện .58 4.1.2 Mô cột nước .58 4.1.3 Mô đường ống áp lực 59 4.1.4 Mơ hình turbine 59 4.1.5 Mô hệ thống thủy lực 59 4.1.6 Mô servo van hướng 60 4.1.7 Mô tải máy phát 60 4.1.8 Mô hệ thống điều khiển .61 4.1.9 Mơ mơ hình tồn hệ thống điều tốc nhà máy 62 4.1.10 Kết mô khởi động tổ máy 63 4.1.11 Kết mơ hịa lưới tổ máy 64 4.1.12 Đáp ứng hệ thống thủy lực .64 4.1.13 Hệ thống thực nhà máy làm việc 65 4.2 Kết mô Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Srêpốk với điều khiển tự chỉnh định tham số điều khiển PID 66 4.2.1 Mơ hình mơ tổng hợp hệ thống điều tốc Matlab – Simulink .66 4.2.2 Mô điều khiển Hệ thống điều tốc 66 4.2.3 Mô điều khiển tự chỉnh định tham số điều khiển PID chế độ Power Control hệ thống điều tốc Srêpốk 67 4.2.4 Kết mơ q trình khởi động hòa lưới Matlab- Simulink .68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: CÁC CHỮ VIẾT TẮT: NMTĐ: Nhà máy thủy điện GCB: Máy cắt đầu cực máy phát MBA: Máy biến áp SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition HMI: Human Machine Interface CNS: Control Network System AC: Alternatal Current DC: Direct Current DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1 1.2 2.1 3.1 3.2 3.3 3.4 4.1 Tên bảng Bảng thông số turbine nhà máy thủy điện Srêpốk Bảng thông hệ thống điều tốc NMTĐ Srêpốk Bảng tính tốn tổn thất cột nước đường ống áp lực Tóm tắt ảnh hưởng thay đôi tham số Kp, Ki Kd Luật hợp thành điều khiển mờ cho Kpp Luật hợp thành điều khiển mờ cho Kip Luật hợp thành điều khiển mờ cho Kdp Bảng tham số mô nhà máy thủy điện Srêpốk Trang 9 24 43 56 56 56 58 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ, đồ thị Trang 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều tốc NMTĐ Srêpốk 10 1.2 Van hệ thống điều tốc NMTĐ Srêpốk 11 1.3 Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống điều tốc NMTĐ Srêpốk 12 1.4 Bộ PLC hệ thống điều tốc NMTĐ Srêpốk 12 1.5 1.6 Tủ điều tốc NMTĐ Srêpốk Đường đặc tính khởi động tổ máy 13 14 1.7 Đường đặc tính điều chỉnh tĩnh điều tốc hoạt động với độ dốc 16 1.8 Đặc tính Speed Drop tổ máy làm việc song song có bp với (f1< fđm) 17 1.9 Đặc tính Speed Drop tổ máy làm việc song song có bp với (f2> fđm) 17 1.10 Đặc tính Speed Drop tổ máy làm việc song song khác bp 18 2.1 Mặt cắt nhà máy thủy điện với đập, đường ống áp lực hạ lưu 19 2.2 Sơ đồ mô tả lưu lượng nước (Q) chảy đường ống áp lực 21 2.3 Đường đặc tính cơng suất/góc mở van hướng với Turbine 26 2.4 2.5 Mơ hình tải máy phát điện Mơ hình động học van hướng 33 34 2.6 Đáp ứng van hướng theo tín hiệu điều khiển 34 2.7 Mơ hình tốn học tổng thể hệ thống thủy lực 36 21 Thay biểu thức tương ứng cho đạo hàm riêng chia cho giá trị = ta có: ∆ = ∆ + ∆ (2.6) Hay: (2.7) ∆ +∆ ̅ Trong số “0” trạng thái cánh hướng ổn định ban đầu, biểu diễn Δ ∆ = thể độ sai lệch nhỏ b Gia tốc cột nước Hình 2.2 Sơ đồ mơ tả lưu lượng nước (Q) chảy đường ống áp lực Turbine chuyển đổi cột nước thành quay turbine Nước từ thượng lưu qua đường ống áp lực tác động lên bánh xe công tác tạo momen quay turbine Theo định luật Newton ta có [11]: = = Trong đó: Fnet: lực tác động lên khối lượng nước đường ống (N) (2.8) 22 m: khối lượng nước (kg) ag: gia tốc nước (m/s2) L: chiều dài đường hầm (m) ρ: khối lượng riêng nước (kg/m3) A: Diện tích đường ống áp lực (m2) Lực tác động lên đầu vào Turbine tỷ lệ thuận với cột nước tĩnh(H0), cịn ngõ turbine nước lại tỷ lệ thuận với cột nước turbine (H), tổn thất cột nước đường ống áp lực ma sát (Hf) Vì lực đường ống áp lực là: = − − = = − = − − − = − − − − (2.9) Với mơ hình xét mơ hình đường ống đơn, khơng có tháp điều áp Thay (2.8) vào (2.9) có: =( = − − − − ) =− ( + − ) (2.10) Khi cánh hướng mở khoảng thời gian Δt làm cho vận tốc nước đường ống áp lực tăng lên khoảng ΔU, làm cho cột nước thượng lưu bị giảm lượng ΔH Tốc độ tăng vận tốc nước biểu diễn theo định luật Newton’s là: ∆ =− (2.11) ∆ ρLA: Khối lượng nước đường ống áp lực (Kg) ρagΔH: Độ gia tăng áp lực cánh hướng Chia hai vế phương trình (2.11) cho chuẩn hóa phương trình ta có: ∆ Hay: =− ∆ (2.12) 23 ∆ = −∆ (2.13) Trong đó: = (2.14) Với Tw số thời gian khởi động nước, Tw thời gian cần thiết để nước từ điểm đầu cột áp H0 tăng tốc đường ống áp lực đến điểm cuối với vận tốc U0, Tw có giá trị thay đổi phụ thuộc vào tải Thơng thường đầy tải có giá trị từ 0.5 (s) đến (s) c Tổn thất cột nước Tổn thất cột nước xác định theo công thức [6] = + (2.16) tổn thất dọc đường từ cửa lấy nước đến cửa ống hút [10] = = (2.17) Với: kf fL 2dg (2.18) Trong đó: - Hl: Tổn thất cột nước (m); - kf: Hệ số tổn thất cột nước; - f: Hệ số ma sát; - d: Đường kính đường hầm (m) ; - g: Gia tốc trọng trường (m2/s); tổn thất cục từ cửa lấy nước đến cửa = Trong đó: - fi: Hệ số cản thời điển tính tốn; - Ui: Vận tốc thời điển tính toán (2.19) 24 Hệ số ma sát f hàm Reynolds: Re Ud (2.20) Với Re hệ số Reynolds, độ nhớt động nước 200c Ở dòng chảy tầng, với Re ≤ 2100, hệ số ma sát tính: f (2.21) 64 Re Ở dòng chảy rối, với 2100 < Re < 108, hệ số ma sát tính: f (2.22) 1.325 e 5.74 ln 0.9 3.7 d Re Với e độ nhám mặt đường hầm Theo [6] tổn thất đường hầm nhà máy thủy điện Srêpốk3 có kết tính tốn bảng 2.1: Qhầm m3/s Hl m Qhầm m3/s Hl m 60 130 140 0.096 0.128 0.167 0.211 0.261 0.316 0.376 0.441 0.511 150 70 160 80 170 90 180 100 190 110 200 0.587 0.668 0.754 0.845 0.942 1.043 120 210 220 225 1.15 1.263 1.321 Bảng 2.1 Bảng tính toán tổn thất cột nước đường ống áp lực 2.2.2 Mơ hình Turbine Cơng suất trục Turbine thủy lực(Pmec) tính tích độ cao cột nước tĩnh (H) nhân với lưu lượng(Q) theo khối lượng chất lỏng; Pmec = ρ.g (2.23) Thực tế công suất Turbine bị giảm theo hiệu suất , hệ số để tính tốn phần tổn thất cơng suất Đối với Turbine thủy lực công suất trục cột nước định mức xấp xỉ vùng vị trí van hướng đóng hồn tồn đến vị trí van hướng khơng tải gần tuyến tính với vị trí van hướng vị trí khơng tải đến van mở hoàn toàn [10] 25 Pmec = .ρ.g (2.24) Hay = = (2.25) Trong đó: : :Hiệu suất turbine; Pmec : Cơng suất turbine (MW); Mt : Mơ mem qn tính turbine (N.m); r : Tốc độ quay turbine (rad/s); Ph : Công suất lý tưởng cột nước (MW); Từ cơng thức (2.24), ta có: Pmec = .ρ.g = Kp.H.Q (2.26) Thay (2.4) vào (2.26) : = (2.27) Trong : Kp hệ số Tuyến tính hóa cách xem dịch chuyển cơng suất nhỏ, chuẩn hóa phương trình (2.27) đơn vị tương đối ta có [8]: ∆ = ∆ + ∆ (2.28) Hay : ∆ =∆ +∆ (2.29) Thay biểu thức (2.7) vào (2.29) ta có : ∆ = 1.5∆ + ∆ ̅ (2.30) Từ biểu thức (2.13) (2.30) ta thấy mối quan hệ thay đổi vận tốc vị trí cánh hướng sau: ∆ = 2(∆ ̅ − ∆ ) Viết lại dạng toán tử Laplace s sau: (2.31) 26 ∆ = 2(∆ ̅ − ∆ ) ⇒∆ = 1 1+ ∆ ̅ (2.32) (2.33) Từ biểu thức (2.30) thay vào biểu thức (2.33) ta biểu thức sau[8]: ∆ 1− = + 0.5 ∆ ̅ (2.34) Biểu thức (2.34) hàm truyền đạt turbine thủy điện Biểu thức nói lên cách turbine thay đổi công suất ngõ để đáp ứng với thay đổi độ mở cánh hướng turbine lý tưởng khơng có tổn thất Thực tế, tính cơng suất cần phải xem xét đến hiệu ứng lực cản, độ ma sát nước độ lệch tốc độ rotor góc mở van hướng Ở hệ đơn vị tương đối, công suất turbine biểu diễn sau: mec = η( ̅ ).At mec = η( ̅ ).At t.( t.( t t NL) - NL) (2.35) Trong đo At Hệ số khuếch đại turbine Hình 2.3 Đường đặc tính cơng suất/góc mở van hướng với Turbine Hệ số khuếch đại turbine At tính từ tỉ lệ góc mở hiệu dụng với góc mở thực tế van hướng, có xét đến ràng buộc mômen trục turbine trục máy phát, tính theo biểu thức đây[10] : 27 At = (2.36) Trong đó: GFL GNL vị trí van hướng lúc vận hành đầy tải lúc không tải, hai đại lượng tính tốc độ cột nước định mức Pt.rate PG.rate công suất định mức turbine máy phát Theo [10] cơng suất viết (2.37) P m At U U NL H P Dam Và công suất cản turbine: (2.38) P Dam DDam G w Hệ số DDam nói lên thay đổi tốc độ đột ngột cánh hướng mở từ trạng thái không tải sang trạng thái mở hồn tồn Thơng thường giá trị DDam chọn tùy vào nhà máy thủy điện, DDam nằm khoảng 0.5 ≤ DDam ≤ Thay (2.38) vào (2.37) ta được: (2.39) P m At U U NL H DDam G w Sự thay đổi moment (ΔPm) lưu lượng qua turbine (ΔU) phụ thuộc vào thay đổi độ mở cánh hướng (ΔG), thay đổi tốc độ (Δω) thay đổi cột nước (ΔH) Một turbine xét với biến thiên nhỏ quanh điểm làm việc, giá trị biến thiên gồm lưu lượng cơng suất biễu diễn phương pháp tuyến tính hóa, sử dụng phương pháp xấp xỉ chuổi Taylor [10], viết hệ đơn vị tương đối sau: - Phương trình lưu lượng qua turbine (hay đường ống áp lực) Δ t= Δ t+ Δ + Δ ̅ = a11 Δ t + a12 Δ + a13 Δ ̅ (2.40) - Phương trình cơng suất Turbine Δ mec = Δ t+ Δ + Δ ̅ 28 = a21 Δ t + a22 Δ + a23 Δ ̅ (2.41) Δ sai lệch tốc độ tính hệ đơn vị, sai lệch có giá trị nhỏ, trường hợp máy phát nối với hệ thống điện lớn, bỏ qua Δ ∆ = ∆ + ∆ ̅ (2.42) ∆ ∆ + ∆ ̅ (2.43) = Các hệ số a11 a13 đạo hàm riêng lưu lượng cột áp độ mở cánh hướng, hệ số a21 a23 đạo hàm riêng công suất turbine cột áp độ mở cánh hướng Các hệ số phụ thuộc vào tải máy đưa giá trị nhờ vào đặc điểm turbine điểm làm việc Thay biểu thức (2.42) (2.43) vào biểu thức (2.7) (2.30), ta rút mối quan hệ ∆ ∆ ̅ sau [8]: ∆ = ∆ ̅ 1+ − (2.44) 1+ Biểu thức (2.44) biểu diễn mơ hình turbine khơng lý tưởng Một turbine lý tưởng, khơng có tổn thất loại Francis có giá trị aij: a11 = 0,5; a13 = 1,0; a21 = 1,5; a23 = 1,0 2.2.3 Mơ hình đường ống áp lực Từ phương trình (2.3), (2.4), (2.10) (2.27) Ta có phương trình động lực học nước không nén đường hầm sau [8]: U Ku G H (2.45) P K p HU (2.46) dU ag H H Hl dt L (2.47) Trong đó: - H0 : Giá trị ổn định trạng thái ban đầu H; - t : Thời gian giây Chuẩn hóa phương trình dựa giá trị định mức Biểu thức (2.45) (2.46) chuẩn hóa sau: 29 U G H 2 Ur Gr H r (2.48) P U H Pr U r H r (2.49) Chỉ số “r” giá trị định mức, Trong đơn vị tương đối biểu thức viết lại sau: U G H (2.50) P U H Từ phương trình (2.50) ta có phương trình mơ tả cột nước sau: U H G (2.51) (2.52) Tương tự, từ phương trình (2.47) ta có: dU H0H Hl dt Tw (2.53) Viết dạng Laplace: U H H Hl Tw s (2.54) Tw có giá trị cố định turbine đường ống áp lực tổ máy định tính bằng: Tw LU r LQr ag H r ag AH (2.55) r 2.2.4 Mơ hình hóa hệ thống máy phát – tải a Phương trình góc quay turbine máy phát điện Tốc độ quay ổn định giá trị có cân mơ men trục mô men điện, tức mô men quay gia tốc khơng Khi có cân mơ men tạo gia tốc quay máy phát điện theo phương trình chuyển động quay sau [10]: = = − (2.56) 30 Đạo hàm thời gian góc quay δ ta biểu thức sau: = Động quay tính với số quán tính H, với (2.57) − , viết lại (2.57) hệ đơn vị tương đối vận tốc góc định mức ta có: = − ; = (2.58) Trong vận tốc góc điện ω (rad/s) với vận tốc góc rơto tính = với số đơi cực máy phát, phương trình (2.58) viết lại với tốc độ góc rơto theo vận tốc điện (rad/s): − (2.59) =2 = Trong mơmen Với công suất mô men nhân với vận tốc góc (P=Tω), Biểu diễn biểu thức (2.59) theo quan hệ công suất công suất điện với dao động nhỏ quanh điểm làm việc đồng thời bỏ qua thành phần bậc sau: ∆ = ⇔∆ −∆ = ∆ − ∆ ∆ −∆ (2.60) +( − )∆ (2.61) Trong đó: = = +∆ = −∆ = −∆ = +∆ ≅ Ở trạng thái xác lập, ∆ −∆ (2.61) viết lại sau: = Từ hai biểu thức (2.59) (2.60) ta có: ∆ −∆ (2.62) 31 ∆ −∆ (2.63) =2 Đối với hệ turbine máy phát hệ làm việc chuyển động hệ dao động nhỏ, ta xem bỏ qua, (2.63) viết lại: − (2.64) =2 Từ (2.56) (2.59) ta có biểu thức tính số thời gian sau: = (2.65) Trong trình khởi động tổ máy từ dừng đến tổ máy đạt tốc độ định mức cần có thời gian định, gọi Tm số thời gian cơ, lấy tích = 1.0 pu, ta có: phân (2.65) với thời gian từ đến Tm ωm = 1.0 pu 1.0 ⇒ Tm = 2H 1.0 = (2.66) Hằng số quan tính H tính bằng: = ă ượ í ℎ ũ ố độ đị ℎ ứ đ Trong đó: - Năng lượng tích lũy định mức tốc độ ổn định: = - Tốc độ định mức tính bằng: [ [MWs]; / ]; - Tốc độ quay định mức : nm0[vịng/phút] b Mơ hình tải máy phát Mơ hình tải máy phát phổ biến dùng để biểu diễn cơng suất tác dụng mơ hình dịng điện khơng đổi cơng suất phản kháng mơ hình trở kháng khơng đổi Thơng thường mơ hình tải máy phát sử dụng với mơ hình dịng điện khơng đổi giả sử điện áp hệ thống hằng, lúc công suất tác dụng biểu diễn sau: = + ∆ (2.67) 32 Biểu thức (2.67) thể cho việc phân tích tín hiệu nhỏ bỏ qua thành phần bậc hai, ta có biểu thức sau [10]: ∆ =∆ + ∆ (2.68) Biểu thức (2.68) mô tả tải thành hai phần riêng biệt, thành phần tải không chịu tác động tần số thành phần tải nhạy với thay đổi tần số Trong D = P0.Dpf gọi hệ số cản tải, phụ thuộc vào mức tải trạng thái xác lập thường có giá trị nằm khoảng 1% ÷ 2% Khi D phụ thuộc tuyến tính với tần số Dpf tính [11] = ô ô ấ ấ đặ ả đị ứ ầ ố đị ứ (2.69) Ta xét phương trình chuyển động turbine – phát phát với dao động nhỏ quanh điểm làm việc; ta viết lại phương trình (2.69) hệ đơn vị tương đối, hệ đơn vị tương đối ̅ = = + D.r (2.70) PL cân với công suất điện máy phát, P0 thành phần tải không phụ thuộc tần số máy phát Đặt P0 = Pload Từ (2.64) (2.70) ta có: − =2 + (2.71) Hay viết lại (2.71) dạng công suất tải sau − =2 + (2.72) Xét turbine máy phát nối cứng với tốc độ turbine tốc độ máy phát xem nhau, biểu thức (2.72) viết lại sau: − ⇔ =2 − = + (2 + ) (2.73) Biểu thức (2.73) phương trình chuyển động hệ turbine máy phát thể Hình 2.44 33 Hình 2.4 Mơ hình tải máy phát điện 2.2.5 Mơ hình hóa van hướng Van hướng có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dịng chảy vào bán xe cơng tác cách thay đổi độ mở van hướng theo tín hiệu điều khiển đưa từ điều chỉnh Mơ hình động học van hướng miêu tả cấu chấp hành gồm 02 tầng với mạch vịng phản hồi Tín hiệu điều khiển từ điều chỉnh uG (tín hiệu điện) biến đổi khâu điện/thủy lực (E/H) để điều khiển động servo, từ điều chỉnh vị trí van hướng Tải FULL (86 trang): https://bit.ly/3HR6Keo Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net Mơ hình van hướng miêu tả hàm truyền đạt G(s) u(s) (T1s 1)(T2 s 1) (2.74) Hàm truyền (2.74) cho thấy quan hệ vị trí mong muốn vị trí thật van hướng theo tín hiệu điều khiển, T1 T2 số thời gian xác định đặc tính áp lực động servo/lưu lượng nước qua van hướng G (s) u ( s ) (Tg s 1) Tg G( s) s G( s) u ( s) Tg (2.75) dG G u dt (2.76) Thực tế đặc tính động học van hướng thường xác định thông qua việc đáp ứng theo tín hiệu vào Do thời gian trễ chuyển đổi E/H nhỏ, đồng thời 34 tuyến tính hóa giảm bậc hàm truyền xác định qua thực nghiệm, người ta đưa mơ hình van hướng khâu qn tính bậc nhất: Hình 2.5 Mơ hình động học van hướng Trong Tg số thời gian hệ truyền động van hướng [s] Van hướng cho phép điều chỉnh vị trí giới hạn dãy từ ÷ pu Để đảm bảo hệ thống điều chỉnh với giao động tải, tần số… chế độ vận hành bình thường, vị trí van hướng điều chỉnh đến mức cao 0,99 [pu] Hình 2.6 Đáp ứng van hướng theo tín hiệu điều khiển Đáp ứng đầu van hướng theo hàm truyền đạt (2.76) hình 2.6 với Tg = 0,5 (s) Tải FULL (86 trang): https://bit.ly/3HR6Keo Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Như đặc tuyến hình 2.6 ta thấy, sau có tín hiệu (u) mở cánh hướng độ mở cánh hướng khơng mở đạt đến độ mở đặt tức thời được, nguyên nhân tượng ảnh hưởng hệ thống thủy lực như: Ảnh hưởng đàn hồi 35 hệ thống dầu áp lực điều khiển servo, ảnh hưởng lực ma sát cánh hướng áp lực nước tác động lên cánh hướng nước 2.3 Tổng hợp mơ hình Ở phần 2.1.2 đến 2.1.5 ta đưa mơ hình phân tủ hệ thống tổng hợp với tham gia đầy đủ phần tử: Hồ chứa, đường ống áp lực, turbine, máy phát ống xả hạ lưu - Phương trình động học đường ống áp lực: H H H l UTw s (2.77) - Động học turbine: U G H (2.78) - Công suất cơ: P m At U U NL H DDam G w (2.79) - Chuyển động Turbine: − =( + ) (2.80) - Công suất cơ: P m At U U NL H DDam G w (2.81) - Chuyển động Turbine: P mec Pload (2 Hs D) w (2.82) - Động học van hướng: Tg dG G u dt (2.83) Mơ hình tổng qt đối tượng nghiên cứu hệ thống turbine thủy điện Hình để tiến hành nghiên cứu điều khiển dử dụng đề xuất phương án nâng cao chất lương hệ thống điều khiển 7740258 ... cứu hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Srêpốk 3; Phạm vi nghiên cứu vấn đề điều khiển hệ thống điều tốc sử dụng điều khiển tự chỉnh định tham số điều khiển PID để điều khiển Hệ thống điều tốc. .. bị nhà máy thủy điện Srêpốk 1.2 Tổng quan Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Srêpốk 1.2.1 Chức hệ thống điều tốc nhà máy Srêpốk 1.2.2 Thông số hệ thống điều tố 1.2.3 Sơ đồ hệ thống. .. Đáp ứng hệ thống thủy lực .64 4.1.13 Hệ thống thực nhà máy làm việc 65 4.2 Kết mô Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Srêpốk với điều khiển tự chỉnh định tham số điều khiển PID