Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nâng cao chất lượng hệ thống bù cosphi 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 LV NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BÙ COS PHI VÔ TH CẤP CHO PHỤ TẢI PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG BẰNG ẠC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI SĨ KT G ÂN N O CA LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Thái Nguyên - Năm 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN THỊ LOAN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BÙ COS PHI VÔ LV CẤP CHO PHỤ TẢI PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG BẰNG ẠC TH PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA SĨ MÃ SỐ: 8.52.02.16 KT G ÂN N LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT O CA KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thị Thanh Nga Thái Nguyên – Năm 2020 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 Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu kết LV nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình TH khác! ẠC Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm số liệu luận văn Thái Nguyên, tháng năm 2020 SĨ Học viên KT G ÂN N Trần Thị Loan O CA 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 tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi hồn thành luận văn Đồng thời tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ mơn 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 hoàn thành luận LV văn TH Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, tập làm luận văn ẠC người động viên chia sẻ với nhiều suốt thời gian tham gia học SĨ Học viên KT G ÂN N Trần Thị Loan O CA 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 LV 1.1 Đặc điểm tiêu thụ điện phụ tải công nghiệp công suất lớn 13 TH 1.1.1 Các thiết bị động lực công nghiệp .13 ẠC 1.1.2 Các thiết bị chiếu sáng 13 1.1.3 Các thiết bị biến đổi 13 SĨ 1.1.4 Các động truyền động máy gia công 13 KT 1.1.5 Các lò điện thiết bị nhiệt 14 N 1.1.6 Các thiết bị hàn 14 ÂN 1.2 Bù công suất phản kháng cho phụ tải lưới điện công nghiệp .14 G 1.2.1 Khái quát công suất phản kháng 14 O CA 1.2.2 Nguồn phát sóng cơng suất phản kháng 14 1.2.3 Ý nghĩa việc bù công suất phản kháng 15 1.3 Thiết bị bù công suất phản kháng SVC 16 1.3.1 Cấu trúc chung SVC 16 1.3.2 Cấu tạo phần tử SVC 19 1.3.3 Các đặc tính SVC .31 1.4 Một số nghiên cứu điều khiển SVC bù công suất phản kháng hệ thống điện 33 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 nâng cao ổn định chất lượng hệ thống điện 33 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 Mô 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 LV 2.2.1 Sơ đồ 42 TH 2.2.2 Chức hệ điều khiển 43 ẠC 2.2.3 Nguyên tắc điều khiển 44 2.3 Bộ điều khiển PID 45 SĨ 2.3.1 Giới thiệu chung điều khiển PID 45 KT 2.3.2 Bộ điều khiển PID 52 N 2.3.3 Thiết kế điều khiển PID hệ thống bù cosphi vô cấp cho phụ tải ÂN ba pha không đối xứng .59 G 2.4 Mô Matlab – Simulink 59 O CA 2.4.1 Khái quát phần mềm mô Matlab – Simulink 59 2.4.2 Xây dựng mơ hình mơ 62 2.4.3 Kết mô 67 KẾT LUẬN CHƯƠNG 68 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 PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG 69 3.1 Logic mờ 69 3.1.1 Tập mờ 69 3.1.2 Luật hợp thành 72 3.1.3 Giải mờ .73 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 LV KẾT LUẬN CHƯƠNG 85 TH KẾT LUẬN CHUNG 86 ẠC KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 SĨ KT G ÂN N O CA 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 dịng 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 dòng điện TCR 24 Hình 1.9: Đặc tính điều chỉnh dịng điện TCR theo góc cắt .26 LV Hình 1.10: Các sóng hài bậc cao phần tử TCR .27 TH Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động TSC 29 ẠC Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động TSR 30 Hình 1.13: Đặc tính U – I SVC 31 SĨ Hình 1.14: Đặc tính làm việc SVC điều chỉnh theo điện áp 32 KT Hình 2.1: Đặc tính làm việc nguồn công suất phản kháng 39 N Hình 2.2: Đặc tính phụ tải cơng suất phản kháng qua máy biến áp điều áp ÂN tải .39 G Hình 2.3: Đặc tính làm việc SVC .40 O CA Hình 2.4: Phối hợp đặc tính nguồn hai phụ tải phản kháng 41 Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ điều khiển van SVC 43 Hình 2.6: Đồ thị biên thiên điều chỉnh xung nửa chu kỳ đầu thyristor 44 Hình 2.7: Cấu trúc điều khiển PID .45 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 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 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 q độ 49 Hình 2.14: a, Hệ thống điều khiển với điều khiểnPD; b, Đặc tính q độ 51 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 LV Hình 2.25: Thông số đường dây truyền tải .64 TH Hình 2.26: Thơng số khối tải 65 ẠC Hình 2.27: Khối nguồn nối tam giác pha TCR 66 Hình 2.28: Bộ điều chỉnh cơng suất phản kháng hệ thống bù cosphi .66 SĨ Hình 2.29: Mơ hình mơ SVC Simulink 67 KT Hình 2.30: Đặc tính điều chỉnh bám cos theo giá trị đặt sử dụng điều N khiển mờ có thời điểm thay đổi thông số tải 67 ÂN Hình 3.1: Hàm liên thuộc kinh điển (a) logic mờ (b) (c) .70 G Hình 3.2: Hàm liên thuộc hình thang 70 O CA Hình 3.3: Giao hai tập mờ 71 Hình 3.4: Đồ thị biểu thị quan hệ x y 72 Hình 3.5: Phương pháp giải mờ cực đại 74 Hình 3.6: Phương pháp trọng tâm .74 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 Hình 3.9: Đặc tính điều chỉnh bám cos theo giá trị đặt sử dụng điều khiển mờ có thời điểm thay đổi thông số tải thời điểm 6s 83 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 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Ý nghĩa Chú thích SVC Static Var Compensator FACTS Flexible Alternating Current Transmission Systems MBA Máy biến áp TCR Thyristor Controlled Reactor TSR Thyristor Switched Reactor TSC Thyristor Switched Capacitor TCSC Thyristor Controlled Series LV TH TCCS ẠC Capacitor Thyristor Controlled Capacitor SĨ Witching KT STATCOM Static Synchronous Compensator 10 CSPK Công suất phản kháng 11 BĐKM Bộ điều khiển mờ 12 ĐB Đồng 13 KĐ Khuếch đại 14 ĐK Điều khiển 15 ĐTĐK Đối tượng điều khiển 16 SS-TX Khâu so sánh tạo xung 17 KTCN Kỹ thuật công nghiệp G ÂN N O CA 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: LV , 𝑦 = ∑𝑞 𝑘=1 𝑦𝑘 𝐻𝑘 (3.10) TH ∑𝑞 𝑘=1 𝑦𝑘 Phương pháp áp dụng cho luật hợp thành (MAX-MIN, SUM-MIN, ẠC MAX-PROD, SUM-PROD) SĨ 3.2 Bộ điều khiển mờ 3.2.1.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh: KT 3.2.1 Bộ điều khiển mờ N ÂN Là điều khiển mờ có quan hệ vào - y(x) liên hệ theo phương trình đại số (phi tuyến) Các điều khiển mờ tĩnh điển hình khuyếch đại P, G điều khiển Relay hai vị trí, ba vị trí… O CA Một dạng hay dùng điều khiển mờ tĩnh điều khiển mờ tuyến tính đoạn, cho phép ta thay đổi mức độ điều khiển phạm vi khác trình, nâng cao chất lượng điều khiển 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 (vận tốc, gia tốc…) q trình, sử dụng trường hợp đơn giản 3.2.1.2 Bộ điều khiển mờ động: Là điều khiển mờ mà đầu vào có xét tới trạng thái động đối tượng Ví dụ với hệ điều khiển theo sai lệch đầu vào điều khiển mờ ngồi 75 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 LV Thành phần điều khiển giống điều khiển theo luật TH PD thông thường bao gồm sai lệch tín hiệu chủ đạo tín hiệu hệ thống ẠC e đạo hàm sai lệch e’ Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng xác với biến đổi lớn sai lệch theo thời gian Phát triển tiếp từ ví dụ SĨ điều khiển mờ theo luật P thành điều khiển mờ theo luật PD hoàn toàn đơn KT giản N Trong kĩ thuật điều khiển kinh điển, điều khiển PID biết đến ÂN giải pháp đa có miền ứng dụng rộng lớn Định nghĩa điều khiển - Thuật toán chỉnh định PID - Thuật toán PID tốc độ O CA theo luật PID thiết kế theo hai thuật toán: G theo luật PID kinh điển trước sử dụng cho điều khiển mờ Bộ điều khiển mờ thiết kế theo thuật tốn chỉnh định PID có ba đầu vào 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) 𝑡 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 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) 76 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 LV nhằm mục đích thiết lập hệ luật cho PI PD gồm hai biến vào, TH biến ra, thay phải thiết lập ba biến vào 3.2.2 Các nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ ẠC Với miền compact X Rn (n số đầu vào) giá trị vật lý biến SĨ ngôn ngữ đầu vào đường phi tuyến g(x) tuỳ ý liên tục đạo KT hàm X tồn điều khiển mờ có quan hệ: N 𝑆𝑢𝑝𝑥∈𝑋 |𝑦(𝑥) − 𝑔(𝑥) | < ε , với ε số thực dương cho trước Điều cho ÂN thấy kỹ thuật điều khiển mờ giải toán tổng hợp điều G khiển (tĩnh) phi tuyến Để tổng hợp Điều khiển mờ cho O CA hoạt động cách hoàn thiện ta cần thực qua bước sau: 1- Khảo sát đối tượng, từ định nghĩa tất biến ngơn ngữ vào, miền xác định chúng Trong bước cần ý số đặc điểm đối tượng điều khiển như: Đối tượng biến đổi nhanh hay chậm? có trễ hay khơng? Tính phi tuyến nhiều hay ? Đây thơng tin quan trọng để định miền xác định biến ngôn ngữ đầu vào, biến động học (vận tốc, gia tốc, ) Đối với tín hiệu biến thiên nhanh cần chọn miền xác định vận tốc gia tốc lớn ngược lại 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 tập mờ cho biến ngôn ngữ chọn tuỳ ý Tuy nhiên chọn q 77 việc điều chỉnh khơng 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 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 tốn tối ưu (được trình bày phần sau) 4- Chọn thiết bị hợp thành (MAX-MIN MAX-PROD SUMMIN LV SUM-PRROD) chọn nguyên tắc giải mờ (Trung bình, cận trái, cận phải, TH điểm trọng tâm, độ cao) ẠC 5- Tối ưu hệ thống: Sau thiết kế xong điều khiển mờ, ta cần mơ hình hố mơ hệ thống để kiểm tra kết quả, đồng thời chỉnh định lại số SĨ tham số để có chế độ làm việc tối ưu Các tham số điều chỉnh bước KT là: Thêm, bớt luật điều khiển; thay đổi trọng số luật; thay đổi hình dạng miền ÂN 3.2.3 Cấu trúc điều khiển mờ N xác định hàm liên thuộc G Hoạt động điều khiển mờ phụ thuộc vào kinh nghiệm phương O CA pháp rút kết luận theo tư người sau cài đặt vào máy tính sở logic mờ Một điều khiển mờ bao gồm khối bản: Khối mờ hoá, thiết bị hợp thành khối giải mờ Ngoài cịn có khối giao diện vào giao diện (hình 3.7) Hình 3.7: Cấu trúc điều khiển mờ 78 Khối mờ hố có chức chuyển giá tri rõ biến ngôn 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), cịn có thểm khâu phụ trợ đê thực tốn động tích phân, vi phân - Giao diện đầu thực chuyển đổi tín hiệu (từ số sang tương tự) để LV điều khiển đối tượng TH Nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ hoàn toàn dựa vào ẠC phương pháp toán học sở định nghĩa biến ngôn ngữ vào/ra lựa chọn luật điều khiển Do điều khiển mờ có khả xử lý giá trị SĨ vào/ra biểu diễn dạng dấu phẩy động với độ xác cao nên chúng hoàn N xác" KT toàn đáp ứng yêu cầu toán điều khiển "rõ ràng" "chính G 3.3.1 Xây dựng điều khiển mờ ÂN 3.3 Mô hệ thống điều khiển SVC Simulink O CA Cấu trúc hệ điều khiển cosphi với điều khiển mờ gồm: Một đầu vào công suất đặt Qref công suất thực SVC: ∆Q = Qref - Q đầu điện áp điều khiển đưa đến mạch phát xung điều khiển biến đổi xoay chiều – xoay chiều cấp nguồn cho cuộn kháng TCR (Hình 3.8) 79 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 LV FIS Editor ẠC TH SĨ KT G ÂN N O CA - Mờ hóa đầu vào Q: Q = {amlon, amnho, khong, duongnho, duonglon} Trong đó: amlon: sai lệch âm lớn amnho: sai lệch âm nhỏ 80 khong: sai lệch không duongnho: sai lệch dương nhỏ duonglon: sai lệch dương lớn Khai báo biến đầu vào giao diện FIS Editor : LV ẠC TH SĨ KT G ÂN N O CA - Mờ hóa giá trị đầu ra: Uđk = {DL, DN, Zero, AN, AL} Trong đó: DL: điện áp điều khiển mang dấu dương có giá trị lớn DN: điện áp điều khiển mang dấu dương có giá trị nhỏ Zero: điện áp điều khiển không AL: điện áp điều khiển mang dấu âm có giá trị lớn AN: điện áp điều khiển mang dấu âm có giá trị nhỏ 81 LV TH - Xây dựng quy tắc mờ: ẠC SĨ KT G ÂN N O CA - Giải mờ: + Chọn thiết bị hợp thành max-min + Thực phương pháp giải mờ theo phương pháp trọng tâm 82 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 LV ẠC TH SĨ Hình 3.9: Đặc tính điều chỉnh bám cos theo giá trị đặt sử dụng điều khiển mờ có thời điểm thay đổi thông số tải thời điểm 6s KT 0.9 N step reference PF load PF change step reference PF 0.6 G 0.5 reference PF real PF O CA power factor 0.7 ÂN 0.8 0.4 0.3 0.2 0.1 0 10 20 30 40 50 time(s) 60 70 80 90 100 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 Nhận xét: Khi áp dụng mơ hình bù cho phụ tải dải hệ số công 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 sau 1,5s 83 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 LV - Các hệ cần điều khiển thực tế chủ yếu hệ phi tuyến có chưa tham số (có thể có tham số khơng biết trước) thay đổi làm việc TH - Trong trình làm việc hệ cịn chịu nhiễu tác động từ mơi trường ẠC - Điều khiển hệ thống nói với tiêu chất lượng cao điều SĨ khiển PID thơng thường nói chung khơng đáp ứng KT 3.4.2 Các ưu nhược điểm điều khiển mờ Bộ điều khiển mờ nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhờ ưu ÂN N điểm - Khối lượng tính tốn khơng lớn phức tạp điều khiển khác G - Có thể tổng hợp điều khiển mờ với hàm truyền đạt phi tuyến O CA - Có thể điều khiển đối tượng mà ta chưa biết nhiều đối tượng, thiếu thông tin, thông tin không tin cậy - Điều chỉnh dải hệ số công suất điều chỉnh giữ ổn định từ cos = (0,9 ÷ 1.0) - Khi thay đổi cos tải, hệ thống tự động điều chỉnh bám giá trị cos đặt khơng có sai lệch thời gian đáp ứng nhanh Nhược điểm điều khiển mờ: - Tính động học - Các nghiên cứu lý thuyết mờ chưa hoàn thiện - Tổng hợp điều khiển mờ hoạt động tốt không đơn giản - Không áp dụng lý thuyết hệ tuyến tính cho hệ mờ 84 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 LV không đối xứng Xong ta áp dụng điều khiển PID cho tải ẠC TH có tham số xác định điều khiển mờ cho tải có tham số thay đổi SĨ KT G ÂN N O CA 85 KẾT LUẬN CHUNG Mục tiêu nghiên cứu Nâng cao chất lượng hệ thống bù cosphi vô cấp cho phụ tải ba pha khơng 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: LV Với thiết kế sử dụng nhiều phương pháp điều khiển đại, mô TH phần mềm Matlab - Simulink mà luận văn xây dựng nghiên cứu đối xứng ẠC hồn toàn đáp ứng yêu cầu bù cos phi cho hệ thống tải ba pha không SĨ Như trình nghiên cứu đề tài tác giả giải triệt để KT vấn đề đặt Tuy nhiên với thời gian nghiên cứu hạn chế phạm vi N giới hạn vấn đề cần đặt ra, luận văn chưa đề cập đến việc đánh giá mức ổn định ÂN hệ thống chịu tác động yếu tố bên ngồi bên q trình hoạt G động, nghiên cứu cịn lý thuyết thiết kế mơ chưa thực tế thử O CA nghiệm 86 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 LV - Thiết kế, chế tạo, lắp đặt hệ thống bù cos phi cho phụ tải ba pha ẠC TH xí nghiệp vừa nhỏ SĨ KT G ÂN N O CA 87 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 Cơng nghiệp Thái Nguyên LV [4] Lê Hùng Cường, Nghiên cứu ưu nhược điểm việc ứng TH dụng điều khiển mở điều khiển SVC lưới điện so với sử dụng điều khiển ẠC PID, Đại học Bách Khoa Hà nội 2013 [5] Nguyễn Trí Ngơn, Bộ điều khiển PI Mờ: Từ thiết ứng dụng, Tạp SĨ chí khoa học năm 2011 KT [6] Lê Văn Minh, Nghiên cứu ứng dụng bù SVC với thuật toán điều khiển N mờ cho lưới truyền tải nước ta, Đại học Bách Khoa Hà nội 2011 G xuất khoa học kỹ thuật 1999 ÂN [7] Phan Xuân Minh & Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà O CA [8] Nguyễn Thương Ngô, Lý thuyết điều khiển tự động đại, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1998 [9] Nguyễn Thị Phương Hà, Điều khiển tự động, NXB KHKT Hà Nội [10] Nguyễn Như Hiển, Lại Khắc Lãi, Hệ mờ nơ ron kỹ thuật điều khiển, NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ [11] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dƣơng Văn 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 nhà máy thủy điện, Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 4(39).2010 88 [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 công 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 LV of Power Electronic, Addison-Wesley- United States of America, 1999 ẠC London, 1999 TH [18] Laszlo Gyugyi & Narain G.Hurgorani, Understanding FACTS, IEEE, [19] T.J.E.Miller & Charkes Concordia, Reactive Power Control in Electric SĨ System, Addison- Wesley- United States of America, 1992 KT G ÂN N O CA 89