(Luận văn) nâng cao chất lượng hệ thống bù cos phi vô cấp cho phụ tải ba pha không đối xứng bằng phương pháp điều khiển hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN THỊ LOAN lu an NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BÙ COS PHI VÔ va n CẤP CHO PHỤ TẢI PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG BẰNG to p ie gh tn PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI d oa nl w va an lu u nf LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ll KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Thái Nguyên - Năm 2020 n va ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN THỊ LOAN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BÙ COS PHI VÔ lu CẤP CHO PHỤ TẢI PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG BẰNG an n va PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI to gh tn NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA p ie MÃ SỐ: 8.52.02.16 d oa nl w lu va an LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ll u nf KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA oi m NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: z at nh TS Nguyễn Thị Thanh Nga z m co l gm @ an Lu Thái Nguyên – Năm 2020 n va ac th si LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Trần Thị Loan Học viên: Lớp cao học K21, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Nơi công tác: Trường Cao đẳng Công nghệ Nông Lâm Đông Bắc Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nâng cao chất lượng hệ thống bù cosphi vô cấp cho phụ tải ba pha không đối xứng phương pháp điều khiển đại “ Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Tơi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết lu nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình an Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm số liệu luận văn n va khác! to gh tn Thái Nguyên, tháng năm 2020 p ie Học viên nl w d oa Trần Thị Loan ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CẢM ƠN Với tư cách tác giả luận văn này, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thị Thanh Nga, người hướng dẫn tơi tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi hồn thành luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Tự động hóa, Khoa Điện giúp đỡ tạo điều kiện sở vật chất suốt thời gian học tập làm luận văn Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn đến thầy bạn đồng nghiệp tạo điều kiện thời gian, vật chất lẫn tinh thần để tơi hồn thành luận lu văn an n va Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, tập làm luận văn gh tn to người động viên chia sẻ với nhiều suốt thời gian tham gia học p ie Học viên nl w d oa Trần Thị Loan ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 LỜI CẢM ƠN .2 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙ COSPHI TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN 13 lu 1.1 Đặc điểm tiêu thụ điện phụ tải công nghiệp công suất lớn 13 an va 1.1.1 Các thiết bị động lực công nghiệp .13 n 1.1.2 Các thiết bị chiếu sáng 13 gh tn to 1.1.3 Các thiết bị biến đổi 13 ie 1.1.4 Các động truyền động máy gia công 13 p 1.1.5 Các lò điện thiết bị nhiệt 14 nl w 1.1.6 Các thiết bị hàn 14 d oa 1.2 Bù công suất phản kháng cho phụ tải lưới điện công nghiệp .14 an lu 1.2.1 Khái quát công suất phản kháng 14 va 1.2.2 Nguồn phát sóng cơng suất phản kháng 14 u nf 1.2.3 Ý nghĩa việc bù công suất phản kháng 15 ll 1.3 Thiết bị bù công suất phản kháng SVC 16 m oi 1.3.1 Cấu trúc chung SVC 16 z at nh 1.3.2 Cấu tạo phần tử SVC 19 1.3.3 Các đặc tính SVC .31 z gm @ 1.4 Một số nghiên cứu điều khiển SVC bù công suất phản kháng hệ thống điện 33 l m co 1.4.1 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị bù cosφ kết hợp lọc sóng hài .33 1.4.2 Nghiên cứu điều khiển thiết bị bù tĩnh (SVC) ứng dụng việc an Lu nâng cao ổn định chất lượng hệ thống điện 33 n va ac th si 1.4.3 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống bù cosphi vô cấp cho phụ tải pha không đối xứng 34 1.4.4 Nghiên cứu điều khiển PI Mờ từ thiết ứng dụng .35 KẾT LUẬN CHƯƠNG 36 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÙ COSPHI VÔ CẤP CHO PHỤ TẢI BA PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG 37 2.1 Mơ hình SVC tính tốn chế độ xác lập hệ thống điện 37 2.1.1 Mơ hình hóa SVC điện kháng có trị số thay đổi 37 2.1.2 Mơ hình SVC theo tổ hợp nguồn phụ tải phản kháng 38 2.2 Sơ đồ SVC ứng dụng điều khiển bù công suất phản kháng 42 lu 2.2.1 Sơ đồ 42 an va 2.2.2 Chức hệ điều khiển 43 n 2.2.3 Nguyên tắc điều khiển 44 gh tn to 2.3 Bộ điều khiển PID 45 ie 2.3.1 Giới thiệu chung điều khiển PID 45 p 2.3.2 Bộ điều khiển PID 52 nl w 2.3.3 Thiết kế điều khiển PID hệ thống bù cosphi vô cấp cho phụ tải d oa ba pha không đối xứng .59 an lu 2.4 Mô Matlab – Simulink 59 2.4.1 Khái quát phần mềm mô Matlab – Simulink 59 va u nf 2.4.2 Xây dựng mơ hình mô 62 ll 2.4.3 Kết mô 67 m oi KẾT LUẬN CHƯƠNG 68 z at nh CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BÙ COSPHI VÔ CẤP CHO PHỤ TẢI BA z gm @ PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG 69 3.1 Logic mờ 69 l m co 3.1.1 Tập mờ 69 3.1.2 Luật hợp thành 72 an Lu 3.1.3 Giải mờ .73 n va ac th si 3.2 Bộ điều khiển mờ 75 3.2.1 Bộ điều khiển mờ 75 3.2.2 Các nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ .77 3.2.3 Cấu trúc điều khiển mờ .78 3.3 Mô hệ thống điều khiển SVC Simulink .79 3.3.1 Xây dựng điều khiển mờ .79 3.3.2 Kết mô 83 3.4 So sánh điều khiển PID mờ 84 3.4.1 Các ưu nhược điểm điều khiển PID 84 3.4.2 Các ưu nhược điểm điều khiển mờ .84 lu KẾT LUẬN CHƯƠNG 85 an va KẾT LUẬN CHUNG 86 n KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .87 p ie gh tn to TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mạch điện đơn giản (mang tính cảm) RL 14 Hình 1.2: Cấu trúc nguyên lý làm việc SVC 17 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý thyristor .19 Hình 1.4: Đồ thị dòng điện tải 20 Hình 1.5: Cấu tạo nguyên lý hoạt động TCR 22 Hình 1.6: Đặc tính điều chỉnh liên tục TCR .23 Hình 1.7: Ảnh hưởng giá trị góc cắt đến dịng điện TCR 24 Hình 1.8: Dạng sóng tín hiệu dịng điện TCR 24 Hình 1.9: Đặc tính điều chỉnh dịng điện TCR theo góc cắt .26 lu Hình 1.10: Các sóng hài bậc cao phần tử TCR .27 an n va Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động TSC 29 Hình 1.13: Đặc tính U – I SVC 31 gh tn to Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động TSR 30 ie Hình 1.14: Đặc tính làm việc SVC điều chỉnh theo điện áp 32 p Hình 2.1: Đặc tính làm việc nguồn cơng suất phản kháng 39 nl w Hình 2.2: Đặc tính phụ tải cơng suất phản kháng qua máy biến áp điều áp d oa tải .39 an lu Hình 2.3: Đặc tính làm việc SVC .40 va Hình 2.4: Phối hợp đặc tính nguồn hai phụ tải phản kháng 41 u nf Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ điều khiển van SVC 43 ll Hình 2.6: Đồ thị biên thiên điều chỉnh xung nửa chu kỳ đầu thyristor 44 m oi Hình 2.7: Cấu trúc điều khiển PID .45 z at nh Hình 2.8: Biến đổi tương đương ba điều khiển I, P, D 45 Hình 2.9: Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID .46 z gm @ Hình 2.10: Hệ thống điều khiển với điều khiển tỉ lệ 46 Hình 2.11: a, Hệ thống điều khiển với điều khiển I: b, Đặc tính độ .48 l m co Hình 2.12: Sai số điều khiển tích phân sai số 48 Hình 2.13: a, Hệ thống điều khiển với điều khiển PI; b, Đặc tính độ 49 an Lu Hình 2.14: a, Hệ thống điều khiển với điều khiểnPD; b, Đặc tính độ 51 n va ac th si Hình 2.15: a, Hệ thống điều khiển với điều khiển PID; b, Đặc tính q độ 51 Hình 2.16:a Thuật toán PID, b Hàm độ 52 Hình 2.17: Nhiệm vụ điều khiển PID 53 Hình 2.18: Xác định tham số cho mơ hình xấp xỉ 54 Hình 2.19: Tổng hợp điều khiển phương pháp tối ưu đối xứng 56 Hình 2.20: Đề xuất thuật toán điều khiển bù cosphi hệ thống SVC 59 Hình 2.21: Thư viện khối phần tử Elemtent .61 Hình 2.22: Thư viện Sim Power Systems 61 Hình 2.23: Thư viện khối nguồn Electrical Source 62 Hình 2.24: Thơng số khối nguồn điện áp 64 lu Hình 2.25: Thơng số đường dây truyền tải .64 an va Hình 2.26: Thông số khối tải 65 n Hình 2.27: Khối nguồn nối tam giác pha TCR 66 gh tn to Hình 2.28: Bộ điều chỉnh công suất phản kháng hệ thống bù cosphi .66 ie Hình 2.29: Mơ hình mơ SVC Simulink 67 p Hình 2.30: Đặc tính điều chỉnh bám cos theo giá trị đặt sử dụng điều nl w khiển mờ có thời điểm thay đổi thông số tải 67 d oa Hình 3.1: Hàm liên thuộc kinh điển (a) logic mờ (b) (c) .70 an lu Hình 3.2: Hàm liên thuộc hình thang 70 va Hình 3.3: Giao hai tập mờ 71 u nf Hình 3.4: Đồ thị biểu thị quan hệ x y 72 ll Hình 3.5: Phương pháp giải mờ cực đại 74 m oi Hình 3.6: Phương pháp trọng tâm .74 z at nh Hình 3.7: Cấu trúc điều khiển mờ 78 Hình 3.8: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển cosphi với điều khiển mờ 80 z gm @ Hình 3.9: Đặc tính điều chỉnh bám cos theo giá trị đặt sử dụng điều l khiển mờ có thời điểm thay đổi thơng số tải thời điểm 6s 83 m co Hình 3.10: Đặc tính điều chỉnh bám cos theo giá trị đặt sử dụng điều khiển mờ có thời điểm thay đổi thông số tải 83 an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt STT Ý nghĩa Chú thích SVC Static Var Compensator FACTS Flexible Alternating Current Transmission Systems lu an va MBA Máy biến áp TCR Thyristor Controlled Reactor TSR Thyristor Switched Reactor TSC Thyristor Switched Capacitor TCSC Thyristor Controlled Series n Capacitor TCCS Thyristor Controlled Capacitor gh tn to Static Synchronous Compensator CSPK Công suất phản kháng 11 BĐKM Bộ điều khiển mờ 12 ĐB 13 KĐ 14 ĐK 15 ĐTĐK Đối tượng điều khiển 16 SS-TX Khâu so sánh tạo xung 17 KTCN Kỹ thuật công nghiệp d oa nl 10 STATCOM w p ie Witching an lu Đồng va Khuếch đại ll u nf Điều khiển oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si với S miền xác định tập mờ Xác định y’ theo biểu thức cho ta giá trị y’ xác có tham gia toàn tập mờ đầu ra, nhiên việc tính tốn phức tạp thời gian tính tốn lâu Mặt khác chưa tính đến độ thoả mãn luật điều khiển định, xảy trường hợp y’ rơi vào điểm có phụ thuộc nhỏ chí phụ thuộc Một biến dạng phương pháp điểm trọng tâm phương pháp độ cao Theo phương pháp giá trị tập mờ B’(y) xấp xỉ cặp giá trị (yk, Hk) nhất, Hk điểm mẫu miền giá trị y B’k, lúc trị số y’ giải mờ tính theo biểu thức: lu , an 𝑦 = ∑𝑞 𝑘=1 𝑦𝑘 𝐻𝑘 (3.10) ∑𝑞 𝑘=1 𝑦𝑘 va n Phương pháp áp dụng cho luật hợp thành (MAX-MIN, SUM-MIN, tn to MAX-PROD, SUM-PROD) ie gh 3.2 Bộ điều khiển mờ p 3.2.1 Bộ điều khiển mờ w 3.2.1.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh: oa nl Là điều khiển mờ có quan hệ vào - y(x) liên hệ theo phương d trình đại số (phi tuyến) Các điều khiển mờ tĩnh điển hình khuyếch đại P, lu va an điều khiển Relay hai vị trí, ba vị trí… u nf Một dạng hay dùng điều khiển mờ tĩnh điều khiển mờ ll tuyến tính đoạn, cho phép ta thay đổi mức độ điều khiển phạm vi m oi khác q trình, nâng cao chất lượng điều khiển z at nh Bộ điều khiển mờ tĩnh có ưu điểm đơn giản, dễ thiết kế, song có nhược điểm chất lượng điều khiển khơng cao chưa đề cập đến trạng thái động z (vận tốc, gia tốc…) q trình, sử dụng trường hợp @ gm đơn giản m co l 3.2.1.2 Bộ điều khiển mờ động: Là điều khiển mờ mà đầu vào có xét tới trạng thái động đối an Lu tượng Ví dụ với hệ điều khiển theo sai lệch đầu vào điều khiển mờ ngồi n va 75 ac th si tín hiệu sai lệch e theo thời gian cịn có đạo hàm sai lệch giúp cho điều khiển phản ứng kịp thời với biến động đột xuất đối tượng Các điều khiển mờ động hay dùng điều khiển mờ theo luật tỉ lệ tích phân, tỉ lệ vi phân tỉ lệ vi tích phân (PI, PD, PID) Một điều khiển mờ theo luật I thiết kế từ mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tính) cách mắc nối tiếp khâu tích phân kinh điển vào trước sau khối mờ Do tính phi tuyến hệ mờ, nên việc mắc khâu tích phân trước hay sau hệ mờ hồn tồn khác Khi mắc nối tiếp đầu vào điều khiển mờ theo luật tỉ lệ khâu vi phân điều khiển mờ theo luật tỉ lệ vi phân PD lu Thành phần điều khiển giống điều khiển theo luật an va PD thông thường bao gồm sai lệch tín hiệu chủ đạo tín hiệu hệ thống n e đạo hàm sai lệch e’ Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng gh tn to xác với biến đổi lớn sai lệch theo thời gian Phát triển tiếp từ ví dụ ie điều khiển mờ theo luật P thành điều khiển mờ theo luật PD hoàn toàn đơn p giản nl w Trong kĩ thuật điều khiển kinh điển, điều khiển PID biết đến d oa giải pháp đa có miền ứng dụng rộng lớn Định nghĩa điều khiển an lu theo luật PID kinh điển trước sử dụng cho điều khiển mờ theo luật PID thiết kế theo hai thuật toán: va u nf - Thuật toán chỉnh định PID ll - Thuật toán PID tốc độ m oi Bộ điều khiển mờ thiết kế theo thuật tốn chỉnh định PID có ba đầu vào z at nh gồm sai lệch e tín hiệu chủ đạo tín hiệu ra, đạo hàm tích phân sai lệch Đầu điều khiển mờ tín hiệu điều khiển u(t) z @ 𝑡 m co l gm 𝑑 𝑢(𝑡 ) = 𝐾 [𝑒 + ∫ 𝑒𝑑𝑡 + 𝑇𝐷 𝑒] 𝑇𝑙 𝑑𝑡 Với thuật toán PID tốc độ, điều khiển PID có đầu vào: sai lệch e an Lu tín hiệu đầu vào tín hiệu chủ đạo, đạo hàm bậc e’, đạo hàm bậc hai e’’ sai lệch Đầu hệ mờ đạo hàm du/dt tín hiệu điều khiển u(t) n va 76 ac th si 𝑑𝑢 𝑑 𝑑2 = 𝐾[ 𝑒+ 𝑒+ 𝑒] 𝑑𝑡 𝑑𝑡 𝑇𝑙 (𝑑𝑡)2 Do thực tế thường có hai thành phần bỏ qua nên thay thiết kế điều khiển PID hoàn chỉnh người ta thường tổng hợp điều khiển PI PD Bộ điều khiển PID mờ thiết kế sở điều khiển PD mờ, cách mắc nối tiếp đầu điều khiển PD mờ khâu tích phân Cho đến nay, nhiều dạng cấu trúc PID mờ gọi điều chỉnh mờ ba thành phần nghiên cứu Các dạng cấu trúc thường thiết kế sở tách điều khiển PID thành hai điều chỉnh PD PI Việc phân chia lu nhằm mục đích thiết lập hệ luật cho PI PD gồm hai biến vào, an va biến ra, thay phải thiết lập ba biến vào n 3.2.2 Các nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ to gh tn Với miền compact X Rn (n số đầu vào) giá trị vật lý biến ie ngôn ngữ đầu vào đường phi tuyến g(x) tuỳ ý liên tục đạo p hàm X tồn điều khiển mờ có quan hệ: nl w 𝑆𝑢𝑝𝑥∈𝑋 |𝑦(𝑥) − 𝑔(𝑥) | < ε , với ε số thực dương cho trước Điều cho d oa thấy kỹ thuật điều khiển mờ giải toán tổng hợp điều an lu khiển (tĩnh) phi tuyến Để tổng hợp Điều khiển mờ cho va hoạt động cách hồn thiện ta cần thực qua bước sau: u nf 1- Khảo sát đối tượng, từ định nghĩa tất biến ngôn ngữ vào, ll miền xác định chúng Trong bước cần ý số đặc điểm m oi đối tượng điều khiển như: Đối tượng biến đổi nhanh hay chậm? có trễ hay z at nh khơng? Tính phi tuyến nhiều hay ? Đây thông tin quan trọng để z định miền xác định biến ngôn ngữ đầu vào, biến động học gm @ (vận tốc, gia tốc, ) Đối với tín hiệu biến thiên nhanh cần chọn miền xác định l vận tốc gia tốc lớn ngược lại m co 2- Mờ hố biến ngơn ngữ vào/ra: Trong bước cần xác định số lượng tập mờ hình dạng hàm liên thuộc cho biến ngơn ngữ Số lượng an Lu tập mờ cho biến ngôn ngữ chọn tuỳ ý Tuy nhiên chọn q n va 77 ac th si việc điều chỉnh không mịn, chọn nhiều khó khăn cài đặt luật hợp thành, q trình tính tốn lâu, hệ thống dễ ổn định Hình dạng hàm liên thuộc chọn hình tam giác, hình thang, hàm Gaus, 3- Xây dựng luật điều khiển (mệnh đề hợp thành): Đây bước quan trọng khó khăn q trình thiết kế điều khiển mờ Việc xây dựng luật điều khiển phụ thuộc nhiều vào tri thức kinh nghiệm vận hành hệ thống chuyên gia Hiện ta thường sử dụng vài nguyên tắc xây dựng luật hợp thành đủ để hệ thống làm việc, sau mơ vả chỉnh định dần luật áp dụng số thuật toán tối ưu (được trình bày phần sau) 4- Chọn thiết bị hợp thành (MAX-MIN MAX-PROD SUMMIN lu SUM-PRROD) chọn nguyên tắc giải mờ (Trung bình, cận trái, cận phải, an va điểm trọng tâm, độ cao) n 5- Tối ưu hệ thống: Sau thiết kế xong điều khiển mờ, ta cần mơ hình gh tn to hố mơ hệ thống để kiểm tra kết quả, đồng thời chỉnh định lại số ie tham số để có chế độ làm việc tối ưu Các tham số điều chỉnh bước p là: Thêm, bớt luật điều khiển; thay đổi trọng số luật; thay đổi hình dạng miền nl w xác định hàm liên thuộc d oa 3.2.3 Cấu trúc điều khiển mờ an lu Hoạt động điều khiển mờ phụ thuộc vào kinh nghiệm phương pháp rút kết luận theo tư người sau cài đặt vào máy tính u nf va sở logic mờ ll Một điều khiển mờ bao gồm khối bản: Khối mờ hoá, thiết bị hợp m oi thành khối giải mờ Ngồi cịn có khối giao diện vào giao diện (hình z at nh 3.7) z m co l gm @ Hình 3.7: Cấu trúc điều khiển mờ an Lu n va 78 ac th si Khối mờ hố có chức chuyển giá tri rõ biến ngơn ngữ đầu vào thành véctơ μ có số phần tử số tập mờ đầu vào -Thiết bị hợp thành mà chất triển khai luật hợp thành R xây dựng sở luật điều khiển - Khối giải mờ có nhiệm vụ chuyển tập mờ đầu thành giá trị rõ y0 (ứng với giá tri rõ x0 đề điều khiển đối tượng) - Giao diện đầu vào thực việc tông hợp chuyển đổi tin hiệu vào (từ tương tự sang số), ngồi cịn có thểm khâu phụ trợ đê thực toán động tích phân, vi phân - Giao diện đầu thực chuyển đổi tín hiệu (từ số sang tương tự) để lu điều khiển đối tượng an va Nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ hồn tồn dựa vào n phương pháp tốn học sở định nghĩa biến ngôn ngữ vào/ra lựa gh tn to chọn luật điều khiển Do điều khiển mờ có khả xử lý giá trị ie vào/ra biểu diễn dạng dấu phẩy động với độ xác cao nên chúng hoàn p toàn đáp ứng yêu cầu tốn điều khiển "rõ ràng" "chính nl w xác" d oa 3.3 Mô hệ thống điều khiển SVC Simulink an lu 3.3.1 Xây dựng điều khiển mờ Cấu trúc hệ điều khiển cosphi với điều khiển mờ gồm: Một đầu vào va u nf công suất đặt Qref công suất thực SVC: ∆Q = Qref - Q đầu ll điện áp điều khiển đưa đến mạch phát xung điều khiển biến đổi xoay chiều – m oi xoay chiều cấp nguồn cho cuộn kháng TCR (Hình 3.8) z at nh z m co l gm @ an Lu n va 79 ac th si Hình 3.8: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển cosphi với điều khiển mờ Gõ lệnh Fuzzy cửa sổ Commad Window Matlab ta giao diện lu FIS Editor an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z gm @ - Mờ hóa đầu vào Q: l Q = {amlon, amnho, khong, duongnho, duonglon} m co Trong đó: an Lu amlon: sai lệch âm lớn amnho: sai lệch âm nhỏ n va 80 ac th si khong: sai lệch không duongnho: sai lệch dương nhỏ duonglon: sai lệch dương lớn Khai báo biến đầu vào giao diện FIS Editor : lu an n va p ie gh tn to d oa nl w an lu ll u nf Trong đó: va - Mờ hóa giá trị đầu ra: Uđk = {DL, DN, Zero, AN, AL} oi m DL: điện áp điều khiển mang dấu dương có giá trị lớn z at nh DN: điện áp điều khiển mang dấu dương có giá trị nhỏ Zero: điện áp điều khiển không z AL: điện áp điều khiển mang dấu âm có giá trị lớn @ m co l gm AN: điện áp điều khiển mang dấu âm có giá trị nhỏ an Lu n va 81 ac th si lu an va n - Xây dựng quy tắc mờ: p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co + Chọn thiết bị hợp thành max-min l gm @ - Giải mờ: an Lu + Thực phương pháp giải mờ theo phương pháp trọng tâm n va 82 ac th si 3.3.2 Kết mô Ta tiến hành mô cho hệ thống bù cosphi tự động với lượng đặt cosphi ban đầu 0.95 Tại 6s ta tăng lượng đặt lên 0.99 lu an n va p ie gh tn to Hình 3.9: Đặc tính điều chỉnh bám cos theo giá trị đặt sử dụng điều khiển mờ có thời điểm thay đổi thơng số tải thời điểm 6s 0.9 nl w 0.8 oa lu 0.6 reference PF real PF an 0.5 va power factor step reference PF load PF change step reference PF d 0.7 0.4 u nf 0.3 ll oi m 0.2 0.1 10 20 30 z at nh 40 50 time(s) 60 70 80 90 100 z Hình 3.10: Đặc tính điều chỉnh bám cos theo giá trị đặt sử dụng điều khiển mờ có thời điểm thay đổi thơng số tải gm @ l Nhận xét: Khi áp dụng mô hình bù cho phụ tải dải hệ số cơng suất điều m co chỉnh giữ ổn định từ cos = (0,9 ÷ 1.0) Thay đổi cos tải, hệ thống an Lu tự động điều chỉnh bám giá trị cos đặt khơng có sai lệch thời gian đáp ứng nhanh sau 1,5s n va 83 ac th si 3.4 So sánh điều khiển PID mờ 3.4.1 Các ưu nhược điểm điều khiển PID Bộ điều khiển PID sử dụng rộng rãi để điều khiển đối tượng theo nguyên lý hồi tiếp có số ưu điểm sau: - Đơn giản cấu trúc nguyên lý làm việc - Tin cậy điều khiển đáp ứng yêu cầu chất lượng điều khiển giới hạn định Tuy nhiên điều khiển PID tồn nhược điểm sau: - Quá trình làm việc tham số hệ thống thay đổi hệ chịu nhiễu tác động tính bền vững hệ khơng đảm bảo, chất lượng bị thay đổi lu - Các hệ cần điều khiển thực tế chủ yếu hệ phi tuyến có chưa an tham số (có thể có tham số khơng biết trước) thay đổi làm việc va n - Trong trình làm việc hệ cịn chịu nhiễu tác động từ mơi trường tn to - Điều khiển hệ thống nói với tiêu chất lượng cao điều gh khiển PID thơng thường nói chung khơng đáp ứng p ie 3.4.2 Các ưu nhược điểm điều khiển mờ w Bộ điều khiển mờ nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhờ ưu oa nl điểm d - Khối lượng tính tốn khơng lớn phức tạp điều khiển khác an lu - Có thể tổng hợp điều khiển mờ với hàm truyền đạt phi tuyến va - Có thể điều khiển đối tượng mà ta chưa biết nhiều đối tượng, thiếu thông ll u nf tin, thông tin không tin cậy z at nh cos = (0,9 ÷ 1.0) oi m - Điều chỉnh dải hệ số công suất điều chỉnh giữ ổn định từ - Khi thay đổi cos tải, hệ thống tự động điều chỉnh bám giá trị cos z đặt khơng có sai lệch thời gian đáp ứng nhanh - Các nghiên cứu lý thuyết mờ chưa hoàn thiện m co l gm - Tính động học @ Nhược điểm điều khiển mờ: - Tổng hợp điều khiển mờ hoạt động tốt không đơn giản an Lu - Không áp dụng lý thuyết hệ tuyến tính cho hệ mờ n va 84 ac th si KẾT LUẬN CHƯƠNG Với kết mô ta nhận thấy việc ứng dụng điều khiển mờ thiết kế mơ cosphi hệ thống luôn đảm bảo, dải hệ số cơng suất điều chỉnh giữ ổn định từ cos = (0,9 ÷ 1.0), thay đổi cos tải, hệ thống tự động điều chỉnh bám giá trị cos đặt khơng có sai lệch thời gian đáp ứng nhanh điều chừng tỏ việc ứng dụng điều khiển mờ nâng cao chất lượng hệ thống bù cos phi cho phụ tải ba pha không đối xứng xác Từ hai điều khiển xây dựng, so sánh đặc tính điều chỉnh mờ đặc tính điều chỉnh theo PID ta thấy chất lượng hệ thống bù cos phi cho tải ba pha lu an khơng đối xứng Xong ta áp dụng điều khiển PID cho tải n va có tham số xác định điều khiển mờ cho tải có tham số thay đổi p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va 85 ac th si KẾT LUẬN CHUNG Mục tiêu nghiên cứu Nâng cao chất lượng hệ thống bù cosphi vô cấp cho phụ tải ba pha không đối xứng Vì phụ tải thực tế khơng xác định, có nhiều đối tượng cần điều khiển, đối tượng không đủ tham số cần thiết để thiết kế, việc thiết kế hệ thống gặp thiều khó khăn Chính lý địi phải ứng dụng linh hoạt điều khiển vào trường hợp điều khiển cụ thể Trong luận văn trọng việc thiết kế hệ thống bù cos phi vô cấp SVC có sở lý thuyết điều khiển PID mờ để nâng cao chất lượng hệ thống bù cách bù cosphi tự động Với kết thu mô nghiên cứu đạt số kết sau: lu Với thiết kế sử dụng nhiều phương pháp điều khiển đại, mô an n va phần mềm Matlab - Simulink mà luận văn xây dựng nghiên cứu đối xứng ie gh tn to hoàn toàn đáp ứng yêu cầu bù cos phi cho hệ thống tải ba pha khơng Như q trình nghiên cứu đề tài tác giả giải triệt để p vấn đề đặt Tuy nhiên với thời gian nghiên cứu hạn chế phạm vi nl w giới hạn vấn đề cần đặt ra, luận văn chưa đề cập đến việc đánh giá mức ổn định d oa hệ thống chịu tác động yếu tố bên bên trình hoạt ll u nf va nghiệm an lu động, nghiên cứu lý thuyết thiết kế mô chưa thực tế thử oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va 86 ac th si KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong luận văn này, việc nghiên việc đưa phương pháp điều khiển đại nâng cao chất lượng hệ thống bù cos phi cho hệ thống tải pha không đối xứng nhằm thể ưu điểm điều đại so với điều khiển thơng thường Vì cần phải tiến hành thử nghiệm nghiên cứu với điều kiện khác thực nghiệm để hiệu chỉnh dần ngày hoàn thiện điều khiển PID mờ - Nghiên cứu đánh giá mức độ ổn định điều khiển PID mờ phương pháp điều khiển đại cho tải ba pha không đối xứng nhà máy nhiệt điện chịu tác động từ môi trường lu - Thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống bù cos phi cho phụ tải ba pha an n va xí nghiệp vừa nhỏ p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va 87 ac th si TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Kiên, Thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống bù cosphi vô cấp cho phụ tải pha không đối xứng, Đai học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên 2017 [2] Nguyễn Thế Vĩnh, Điều khiển thiết bị bù tĩnh (SVC) ứng dụng việc nâng cao ổn định chất lượng hệ thống điện, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên 2007 [3] Đào Đức Huy, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị bù cosφ kết hợp lọc sóng hài, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên lu [4] Lê Hùng Cường, Nghiên cứu ưu nhược điểm việc ứng an n va dụng điều khiển mở điều khiển SVC lưới điện so với sử dụng điều khiển [5] Nguyễn Trí Ngơn, Bộ điều khiển PI Mờ: Từ thiết ứng dụng, Tạp gh tn to PID, Đại học Bách Khoa Hà nội 2013 [6] Lê Văn Minh, Nghiên cứu ứng dụng bù SVC với thuật toán điều khiển p ie chí khoa học năm 2011 nl w mờ cho lưới truyền tải nước ta, Đại học Bách Khoa Hà nội 2011 d oa [7] Phan Xuân Minh & Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà an lu xuất khoa học kỹ thuật 1999 va [8] Nguyễn Thương Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động đại, Nhà xuất u nf khoa học kỹ thuật Hà Nội 1998 ll [9] Nguyễn Thị Phương Hà, Điều khiển tự động, NXB KHKT Hà Nội m oi [10] Nguyễn Như Hiển, Lại Khắc Lãi, Hệ mờ nơ ron kỹ thuật z at nh điều khiển, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ [11] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dƣơng Văn z gm @ Nghi, Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB KHKT Hà Nội 1996 [12] Đặng Quang Vinh, Chỉ định mờ tham số PID cho điều tốc tuabin l m co nhà máy thủy điện, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 4(39).2010 an Lu n va 88 ac th si [13] Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Tấn Đời, Trương Ngọc Anh, Tạ Văn Phương, Điều khiển thông minh, Đại học Sư phạm kỹ thuật, 2008 [14] Nguyễn Thương Ngô, Lý Thuyết Điều Khiển Tự Động Thông Thường Và Hiện Đại NXB Khoa Học & Kỹ Thuật 2007 [15] Nguyễn Thị Thanh Quỳnh, Phạm Văn Thiêm, Thiết kế điều khiển PID điều khiển FLC cho hệ thống gia nhiệt, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Thái nguyên 2013 [16] Nguyễn Phùng Quang, Matlab Simulink dành cho kỹ sư tự động hóa, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2006 [17] John G.Kassakian, Martin F Schkecht, George C Verghese, Principles lu of Power Electronic, Addison-Wesley- United States of America, 1999 an va [18] Laszlo Gyugyi & Narain G.Hurgorani, Understanding FACTS, IEEE, n London, 1999 to gh tn [19] T.J.E.Miller & Charkes Concordia, Reactive Power Control in Electric p ie System, Addison- Wesley- United States of America, 1992 d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va 89 ac th si