tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật nâng cao hiệu quả sử dụng máy điện dị bộ nguồn kép cho hệ thống phát điện đồng trục trên tầu thủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN TRỌNG THẮNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN DỊ BỘ NGUỒN KÉP CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN ĐỒNG TRỤC TRÊN TẦU THỦY Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 62.52.02.16 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI- 2014 Luận án hoàn thành tại: Trường Đại học Giao thông vận tải Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tiến Ban PGS.TS Nguyễn Thanh Hải Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại: vào hồi ngày tháng năm 2014 MỞ ĐẦU Giới thiệu tóm tắt luận án Luận án sâu nghiên cứu hệ thống phát điện đồng trục tầu thủy sử dụng máy điện dị nguồn kép, để đưa giải pháp nâng cao hiệu sản xuất điện năng, góp phần giảm tiêu thụ nhiên liệu giảm chi phí vận hành tầu thủy Nội dung luận án chia chia làm chương, 113 trang (kể tài liệu tham khảo), 97 tài liệu tham khảo, 54 hình vẽ đồ thị Lý chọn đề tài Khi biển, mơi trường ổn định khí hậu thời tiết, động lai chân vịt tầu thủy thường khai thác không hết công suất, để tận dụng dư thừa công suất này, tầu trọng tải lớn thường thiết kế có máy phát điện đồng trục làm việc với cụm diesel–máy phát Tuy nhiên, vấn đề kỹ thuật phức tạp việc ổn định tần số ổn định điện áp máy phát đồng trục tốc độ quay máy thay đổi giới hạn rộng, giải pháp kỹ thuật hiệu sử dụng máy điện dị nguồn kép làm việc chế độ máy phát Máy điện dị nguồn kép hệ thống máy phát đồng trục có ưu điểm bật stator nối trực tiếp với lưới điện, rotor nối với lưới qua thiết bị điện tử công suất, nên công suất thiết bị điều khiển nhỏ nhiều công suất máy phát dòng lượng thu chảy trực tiếp từ stator sang lưới Từ lý tác giả chọn đề tài: “Nâng cao hiệu sử dụng máy điện dị nguồn kép cho hệ thống phát điện đồng trục tầu thủy” để thực luận án Mục đích nghiên cứu Việc áp dụng máy điện dị nguồn kép cho hệ phát điện đồng trục tầu thủy phải đảm bảo chế độ công tác: Làm việc song song với lưới “mềm” tầu thủy, Làm việc độc lập cần thiết Trong luận án tác giả sâu vào khả làm việc song song với lưới điện tầu thủy đề xuất cấu trúc với hệ điều khiển đơn giản, chất lượng cao, khả bám lưới “mềm” bền vững Cũng luận án, tác giả nghiên cứu khảo sát mối liên hệ thành phần cơng suất, từ xác định tỉ lệ truyền hộp số máy phát đồng trục để hiệu suất chuyển đổi từ sang điện cao Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án gồm: - Máy điện dị nguồn kép - Cấu trúc điều khiển máy điện dị nguồn kép máy phát đồng trục Phạm vi nghiên cứu luận án là: Nghiên cứu máy phát đồng trục làm việc chế độ hòa với lưới điện “mềm” tầu thủy Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học đề xuất mơ hình ứng dụng máy điện dị nguồn kép làm chức máy phát điện đồng trục tầu thủy, nhằm nâng cao hiệu ứng dụng máy điện dị nguồn kép máy phát đồng trục tầu thủy - Ý nghĩa thực tiễn đề tài là: giảm thiểu chi phí sản xuất điện năng, góp phần tiết kiệm chi phí vận hành tầu thủy Những đóng góp luận án - Luận án đề xuất cấu trúc điều khiển máy điện dị nguồn kép máy phát đồng trục tàu thủy sở kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor - Luận án đơn giản hóa cấu trúc điều khiển máy điện dị nguồn kép máy phát điện đồng trục - Nâng cao khả bám điện áp lưới “mềm” tầu thủy máy phát đồng trục sử dụng máy điện dị nguồn kép điều kiện tốc độ máy bị thay đổi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN ĐỒNG TRỤC TRÊN TẦU THỦY SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN DỊ BỘ NGUỒN KÉP VÀ CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.1 Khái qt hệ thống phát điện đồng trục tầu thủy Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phát điện tầu thủy có sử dụng máy phát điện đồng trục Các ký hiệu hình 1.1 sau: 1.Chân vịt; Máy phát đồng trục; Hộp số; Máy chính; Bộ điều khiển công suất máy phát đồng trục; 6.Tủ phân phối điện; 7.Tổ hợp máy phát điện diesel 1.2 Các hệ thống phát điện đồng trục thực tế 1.2.1 Các cách bố trí máy phát đồng trục để lấy từ máy Các máy phát đồng trục bố trí nhiều cách khác để lấy từ máy Mỗi cách bố trí có ưu nhược điểm riêng nó, cụ thể có cách bố trí sau [5][12]: - Máy phát đồng trục phần trục chân vịt - Máy phát đồng trục đặt đối diện với chân vịt qua máy - Máy phát đồng trục truyền động qua hộp số phía chân - Máy phát đồng trục truyền động qua hộp số phía đối diện với chân vịt - Máy phát đồng trục lắp đặt diesel máy - Máy phát đồng trục truyền động qua hộp số ngược với chân vịt cạnh máy 1.2.2 Các cấu trúc phần điện máy phát đồng trục Qua nhiều giai đoạn, cấu trúc phần điện máy phát đồng trục đa dạng, cụ thể có cấu trúc sau: - Máy phát đồng trục hệ máy điện gồm: máy phát chiều, động chiêu, máy phát đồng pha - Máy phát đồng trục máy phát điện đồng - Máy phát đồng trục với ổn định tần số thông qua ổn định tốc độ động chiều - Hệ thống phát điện đồng trục với ổn định tần số cho máy phát thông qua ổn định tốc độ động xoay chiều - Máy phát đồng trục với ổn định tần số - Hệ thống phát điện đồng trục sử dụng máy điện dị nguồn kép Hệ thống có ưu điểm bật công suất thiết bị điều khiển nhỏ nhiều công suất máy phát, hệ thống có kích thước nhỏ gọn, phạm vi hoạt động rộng, tần số điện áp phát không đổi tốc độ rotor thay đổi… 1.3 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển máy phát điện đồng trục sử dụng máy điện dị nguồn kép Bao gồm hai cụm: cụm nghịch lưu phía lưới cụm nghịch lưu phía máy phát, hai cụm nối với thơng qua mạch điện chiều trung gian Hình 1.11: Cấu trúc điều khiển máy điện dị nguồn kép máy phát điện đồng trục 1.4 Tổng hợp kết nghiên, ứng dụng DFIG hệ thống phát điện Hiện tại, cấu trúc phát điện sử dụng DFIG chiếm gần 50% thị trường phát điện sức gió [48], với dải công suất từ 1.5MW đến 3MW, gồm 93 model hãng sản xuất khác giới [71] Có nhiều cơng trình nước quốc tế nghiên cứu điều khiển DFIG, sau số cấu trúc điều khiển DFIG điển hình 1.4.1 Cấu trúc điều khiển tĩnh Scherbius Hai hệ thống sử dụng cấu trúc Scherbius là: Hệ thống tĩnh Kramer[23][46][85][91]; Hệ thống với biến biến tần trực tiếp nối rotor stator 1.4.2 Điều khiển vector khơng gian Một số cơng trình nước quốc tế nghiên cứu điều khiển DFIG sở vector không gian cho máy phát điện tàu thủy [1][2][6][27], Ngồi ra, cịn có nhiều cơng trình liên quan hay có tương đồng cơng trình nghiên cứu ứng dụng máy điện dị nguồn kép vào hệ thống phát điện sức gió 1.4.3 Điều khiển trực tiếp momen (direct torque control-DTC) Phương pháp có ưu điểm bật hiệu suất chuyển đổi lượng cao [14][15][18][22][73][74][90] Hãng ABB phát triển biến đổi công suất điều khiển DFIG phương pháp [92] 1.4.4 Điều khiển trực tiếp công suất (direct power control-DPC) Phương pháp điều khiển trực tiếp cơng suất có kết cấu phần cứng tương tự phương pháp DTC, có điểm khác nghiên cứu ảnh hưởng từ thông stator rotor tới công suất tác dụng công suất phản kháng stator DFIG phát lên lưới [13][79][85][90] 1.4.5 Cấu trúc điều khiển DFIG khơng cảm biến Có vài phương pháp điều khiển DFIG không cảm biến: - Phương pháp điều khiển DFIG khơng cảm biến sở quan sát thích nghi theo mơ hình mẫu [16][25][28][30][34] [40][61][66] [83] - Phương pháp điều khiển DFIG khơng cảm biến vịng hở [17] [20] [32][41][57] - Các phương pháp điều khiển DFIG không cảm biến khác 1.4.6 Cấu trúc điều khiển DFIG không chổi than (Brushless- Doubly–Fed Induction Generator- BDFIG) Hạn chế hệ thống phát điện sử dụng DFIG phải có chổi than vành trượt Một cấu trúc đề xuất để khắc phục hạn chế tổ hợp máy phát điện dị nguồn kép không chổi than, hệ thống ứng dụng khả thi thực tế [19][21][78][89][96] 1.5 Các vấn đề tồn đề xuất giải pháp, mục tiêu luận án Hệ thống điều khiển DFIG máy phát đồng trục có cấu trúc điều khiển phức tạp, khả bám lưới chất lượng điện máy phát phụ thuộc nhiều phương pháp điều khiển Để máy phát có chất lượng điện tốt bám lưới bền vững cấu trúc hệ thống phải bao gồm nhiều khâu tính tốn điều khiển phức tạp Luận án đề xuất phương án kỹ thuật phương pháp điều khiển máy phát dị nguồn kép sở kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor, với mục đích làm đơn giản hóa hệ thống điều khiển máy phát đồng trục sử dụng DFIG, dẫn tới giảm giá thành hệ thống, đáp ứng tốt yêu cầu chất lượng cao Đồng thời, luận án nghiên nghiên cứu xác định tốc độ rotor DFIG để hiệu suất chuyển đổi sang điện cao nhất, để cài đặt tỷ lệ truyền máy rotor DFIG để nhiên liệu cho sản xuất điện thấp 1.6 Nội dung phương pháp nghiên cứu luận án Nội dung luận án tập trung nghiên cứu hệ thống phát điện đồng trục tầu thủy sử dụng DFIG Trên sở đó, đề xuất giải pháp để nâng cao hiệu sử dụng DFIG hệ thống phát điện đồng trục tầu thủy Phương pháp nghiên cứu luận án dựa đặc điểm, tính chất mơ hình tốn DFIG, đặc điểm máy phát đồng trục tầu thủy để phân tích, chứng minh đề xuất mơ hình điều khiển DFIG hiệu cao Đồng thời, kiểm chứng kết thu mô phần mềm Matlab Nhận xét kết luận chương CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC PHÁT ĐIỆN ĐỒNG TRỤC SỬ DỤNG DFIG BẰNG KỸ THUẬT ĐỒNG DẠNG TÍN HIỆU ROTOR 2.1 Các phương trình tốn mơ tả DFIG 2.2 Các cấu trúc ghép nối DFIG ứng dụng hệ thống phát điện So với hệ thống phát điện sử dụng DFIG đơn lẻ, hệ thống phát điện sử dụng tổ hợp ghép nối DFIG có ưu điểm bật như: chất lượng điện phát cao hơn, khả bám điện áp lưới tốt hơn, đối tượng điều khiển dễ 2.2.1 Cấu trúc phát điện sử dụng DFIG không chổi than Cấu tạo nguyên lý hoạt động: Hình 2.3: Cấu trúc ghép nối DFIG với biến đổi cơng suất phía stator Ngày nay, hệ thống số sở nghiên cứu sở sản xuất giới tích hợp DFIG khung máy không cần chổi than Hình 2.4: Máy điện dị nguồn kép không chổi than-BDFIG [97] 2.2.2 Cấu trúc phát điện sử dụng DFIG kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor Hình 2.7: Cấu trúc phát điện DFIG kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor Hệ thống gồm: máy điện dị nguồn kép DFIG1 DFIG2, khâu xử lý tín hiệu mạch điều khiển dịng điện DFIG1 khơng có chức phát cơng suất lên lưới mà có chức tạo tín hiệu đồng dạng rotor Vì vậy, lựa chọn DFIG1 loại có kích thước cơng suất nhỏ Các tín hiệu khâu cấu trúc tín hiệu đồng dạng với tín hiệu điện áp cảm ứng rotor DFIG1 Do vậy, phương pháp gọi phương pháp điều khiển sở kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor 2.3 Mơ hình tốn hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG kỹ thuật đồng tín hiệu dạng rotor 2.3.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động Hình 2.8: Hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor Hệ thống gồm:  Máy ME có trục nối với trục DFIG1 DFIG2  DFIG1: máy điện dị nguồn kép cơng suất nhỏ có tác dụng tạo tín hiệu suất điện động cảm ứng đồng dạng rotor  Khâu đồng dạng cách ly: mạch khuếch đại tín hiệu sử dụng khuếch đại thuật tốn với trở kháng đầu vào vô lớn  Mạch điều khiển dòng điện, điện áp rotor cho DFIG2  DFIG2: máy phát dị nguồn kép có tác dụng phát điện áp hòa với lưới điện tầu thủy DFIG1 DFIG2 có số cặp cực nhau, nối cứng trục với cho tọa độ dây quấn rotor stator máy trùng với Vì hệ thống có DFIG, nên đại lượng thông số DFIG ký hiệu để phân biệt sau: số cho DFIG1, số cho DFIG2, ví dụ: R điện trở DFIG1, L điện cảm DFIG2 2.3.2 Mơ hình tốn DFIG1 DFIG2 Phương trình mơ tả máy điện dị nguồn kép hệ tọa độ tựa theo điện áp lưới, ứng dụng cho DFIG1:  f 1 f d (1 f ) f s  j. s  s  u s  Rs i s  dt  f   u f 1R i f  d (  r )  j. 1 f r r r  r r dt 1 f f f 1   s  i s Ls  i r Lm 1 f f   r  i s Lm 1 i rf Lr  ( 65 a , b , c , d ) Vì điện trở khâu đồng dạng cách ly lớn, nên rotor DFIG1 gần hở mạch, nên i rf  , từ thông stator rotor DFIG1 sau:  1 f  i sf L s  s 1 f f   r  i s Lm  ( 66 a , b ) Phương trình điện áp stator rotor DFIG1 sau:  f 1 f d (1 i sf ) f  j. s Ls i s  u s  R s i s  Ls  dt  f  u f 1L d ( i s )  j. L i f s r m r m  dt  ( 67 a , b ) Tương tự tập hợp hệ phương trình mơ tả máy điện dị nguồn kép hệ tọa độ quay theo vector điện áp lưới, áp dụng cho DFIG2, ta có hệ phương trình cho DFIG2 2.3.3 Mơ hình hệ thống DFIG2 chưa hịa với lưới điện DFIG2 chưa nối với lưới điện, i sf  , từ thông stator rotor sau:  2 f  i rf Lm  s 2 f f   r  i r Lr  ( 69 a , b ) Phương trình điện áp stator rotor DFIG2 sau: f 2 f d ( ir0 ) f  j. s Lm i r  u s  Lm  dt  f  u f  R i f  2L d ( i r )  j. L i f r0 r0 r r r r r  dt  ( 70 a , b ) Điện áp rotor DFIG1 (ở phương trình 2.65b), qua khâu đồng dạng f cách ly, tạo điện áp u ss sau: f f f u ss  Gss u r  Gss (1Lm d( is ) f  j.r 1Lm i s ) dt ( 71 ) 11 Hình 2.13: Sơ đồ khối mơ hình hệ phát điện đồng trục sử dụng DFIG kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor hịa lưới 2.3.5 Các ưu điểm cấu trúc phát điện đồng trục sử dụng DFIG kỹ thuật động dạng tín hiệu rotor Phương pháp điều khiển DFIG kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor đáp ứng tốt vấn đề trùng pha, trùng biên độ, trùng tần số điện áp máy phát với điện áp lưới điện tầu thủy Mơ hình có khâu điều khiển thành phần công suất cung cấp lưới điện đơn giản hiệu quả: thành phần công suất tác dụng P tỷ lệ với hệ số GP, thành phần công suất phản kháng Q tỷ lệ thuận với hệ số GQ Vì vậy, việc thiết kế điều khiển thành phần công suất sau đơn giản 2.4 Xác định tỷ số truyền hộp số máy phát đồng trục 2.4.1 Cấu tạo, chức hộp số máy phát đồng trục 2.4.2 Các dòng lượng qua máy phát Các thông số máy điện, thành phần công suất đề cập công thức mục 2.4 DFIG2 Vì vậy, mục ta không cần thêm số để phân biệt DFIG Hình 2.16: Cấu trúc dịng lượng qua máy phát 12 2.4.3 Các thành phần công suất qua máy phát 2.4.3.1 Cơng suất máy 3M2   Pc  M c     sr ird irq  M  2 L     s   ( 100 ) 2.4.3.2 Công suất stator DFIG P1  M (  s M sr irq )(  sr ird )   s ( M sr / Ls )ird irq Ls ( 102 ) 2.4.3.3 Công suất mạch rotor DFIG 2 P2   r P1 /  s  (3 / ) R r (ird  irq ) ( 107 ) Công thức (2.107) thể rõ mối liên công suất thiết bị điều khiển P2 với công suất phát lên lưới P1 Tần số góc  r dòng điện rotor để P2=0 là:   Ls Rr     M sr  r  s 2   u sd     u sd    X      sr   P1 (với X sr   s M sr ) Khi đó, tốc độ góc rotor là:    Ls  Rr      M sr     s 1        u sd  isd    X   sr P             ( 110 ) 2.4.4 Hiệu suất chuyển đổi sang điện 2.4.4.1 Xét trường hợp    Mạch rotor phát công suất, giả sử hiệu suất biến tần Hbt (Hbt giảm tần số đóng cắt IGBT tăng ngược lại [93]) Hiệu suất chuyển đổi từ sang điện hệ thống phát điện đồng trục là: H  P1  P2 H bt  Pc ( / ) s ( M sr M  2 / L s ) i rd i rq  ( / )(  s   ) i rd i rq  sr  H bt  ( / ) R r ( i rd  i rq ) H bt  L   s  ( 112 )   M sr      i rd i rq  M  2 L     s   Lấy đạo hàm hiệu suất H ta có: 13 ' H  2 P1 (1  H bt )  (3 / 2) R r (i rd  i rq ) H bt ( 113 ) P     M     s  ' H  0, 2 P (1  / H bt )  (3 / 2) Rr (ird  irq ) / H bt ( 116 ) P     M     s  suy H tăng  tăng, với trường hợp   0 hiệu suất H=max    Kết hợp trường hợp ta có: để hiệu suất biến đổi từ sang điện hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG đạt giá trị lớn tốc độ góc rotor DFIG là:   L  R  s  r   M sr     s 1        u sd  isd    X   sr P1             ( 117 ) Trên sở cơng thức (2.117), ta có lựa chọn tỉ số truyền hộp số máy máy phát đồng trục để tốc độ góc rotor DFIG nằm khoảng giá trị gần  để nâng cao hiệu suất biến đổi sang điện năng, tiết kiệm nhiên liệu sản suất điện tầu thủy Nhận xét kết luận chương 14 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT BẰNG MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG TÍNH ĐÚNG ĐẮN CỦA HỆ THỐNG ĐỀ XUẤT 3.1 Mở đầu 3.2 Các khâu chức hệ thống Hình 3.1: Sơ đồ khối thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor 3.3 Xây dựng mơ hình hệ thống Hình 3.2: Mơ hình mơ hệ thống 15 3.4 Cách ch chỉnh định vận h hành hệ thống ệ 3.4.1 Chỉnh định hệ thống stator DFIG2 ch nối với l ỉnh chưa ối lưới Cài đặt hệ số khuếch đại GP GQ b ặt Lúc này, pha tần số ày, tần điện áp stator DFIG2 trùng pha tần số với điện áp l ện ộ tần lưới, biên độ điện áp stator DFIG2 điều chỉnh thông qua hệ số GSS ể ệ 3.4.2 Vận h ận hành hệ thống sau stator DFIG2 nối với l ệ lưới Công su tác dụng (P) công suất phản kháng (Q) DFIG2 phát lên ơng suất ất lên lưới đ ợc điều khiển độc lập cách điều chỉnh độ lớn hệ số GP ới GQ khâu khuếch đại 3.5 Mơ đặc tính khâu hệ thống 3.5.1 Các kết mô hệ thống phát điện ch ưa h với lưới kết chưa hịa Q trình chỉnh định GSS: Tại thời điểm t=1.6s, ta chỉnh định GSS=11.2, lúc chỉnh ại điện áp 2usa trùng biên đ trùng pha, trùng tần số với điện áp l ện độ, ùng tần lưới, đảm bào đủ điều kiện sẵn sàng hòa hệ thống phát điện với l ủ sàng hệ lưới time(s) Hình 3.7: Kết mơ q tr ết trình chỉnh đinh Gss ỉnh Đáp ứng hệ thống tốc độ rotor ɷ thay đổi đổi: Kết thu đ ết điện áp pha A stator máy phát 2usa trùng điện biên độ, tần số pha với điện áp pha A l ộ, v ậy ới lưới 1usa Vậy khả bám điện áp lưới máy phát DFIG tốc độ rotor thay đổi l tốt ới ốt 16 time(s) Hình 3.8: Đáp ứng hệ thống phát điện ch hòa l chưa òa lưới tốc độ rotor ɷ thay đổi tốc Đáp ứng hệ thống sụt điện áp l lưới: time(s) Hình 3.9: Đáp ứng hệ thống phát điện ch hòa l chưa òa lưới sụt điện áp l ụt lưới 17 Kết thu điện áp pha A stator máy phát 2usa bám theo ết ện điện áp pha A l ện lưới 1usa, khả bám điện áp l ới hệ thống phát ậy lưới điện điện áp l ới thay đổi hay có cố l tốt ện lưới Vậy trường hợp stator DFIG2 ch nối với lưới ta có k luận ậy tr ờng chưa kết ận sau: sau ch : chỉnh định GSS xong, điện áp máy phát trùng pha, trùng ện trùng tần số, tr ần trùng biên độ với điện áp l ới tốc độ rotor thay đổi hay ộ lưới điện áp l ới thay đổi, đáp ứng tốt điều kiện h òa đồng hệ ện lưới hòa ồng thống phát với lưới điện ”mềm” tầu thủy g điện ới ầu 3.5.2 Các kết mô hệ thống phát điện h với l kết hòa ới lưới Điều chỉnh độc lập th ều thành phần công suất thông qua GP, GQ: ần kết mơ cho thấy điều khiển độc lập công suất tác dụng P ết công su phản kháng Q DFIG2 phát l lưới thông qua điều chỉnh hệ suất lên ới số GP GQ time(s) Hình 3.10: Đáp ứng hệ thống phát điện h lưới GP GQ thay đổi hòa Đáp ứng hệ thống tốc độ rotor ɷ thay đổi: Ta cài đặt hệ số khuếch ặt đại GP GQ cố định (GP=10, GQ=0), chạy mô hệ thống cho tốc chạy độ rotor DFIG thay đổi ộ đổi Từ kết mơ phỏng, có kết luận: hệ thống phát điện đồng trục ổn ết định tốc độ máy thay đổi ịnh 18 time(s) Hình 3.11: Đáp ứng hệ thống phát điện h lưới tốc độ thay đổi hòa ới Đáp ứng hệ thống sụt điện áp l lưới: time(s) Hình 3.12: Đáp ứng hệ thống phát điện h lưới sụt điện áp l hòa ới lưới 19 Các kết mô cho thấy: sụt điện áp lưới với hệ số K, dòng điện pha stator DFIG2 phát lên lưới giảm với hệ số K, kết công suất DFIG2 phát lên lưới giảm với hệ số K2 Vậy với đặc điểm tự nhiên này, hệ thống có phản ứng thích hợp điều kiện sụt điện áp lưới khơng có nguy bị q dịng máy phát xảy tượng sụt điện áp lưới Kết luận chương Các kết mơ hình 3.7, 3.8 3.9 phù hợp với kết luận mục 2.3.3 chương 2: máy phát chưa hòa với lưới, sau chỉnh định Gss, điện áp máy phát trùng pha, trùng tần số, trùng biên độ với điện áp lưới, trường hợp tốc độ rotor thay đổi điện áp lưới thay đổi, đáp ứng tốt điều kiện hòa đồng máy phát với lưới điện Các kết mơ hình 3.10, 3.11, 3.12 phù hợp với kết luận mục 2.3.4 chương 2: hòa máy phát với lưới điện, điều khiển độc lập công suất tác dụng công suất phản kháng DFIG2 phát lên lưới thông qua điều chỉnh hệ số GP GQ Và kênh điều khiển công suất không bị ảnh hưởng tốc độ quay rotor thay đổi Nhận xét kết luận chương CHƯƠNG 4: THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT DỊ BỘ NGUỒN KÉP LÀM VIỆC Ở TRẠM PHÁT ĐỒNG TRỤC TẦU THỦY 4.1 Mở đầu 4.2 Xác định cấu trúc đối tượng điều khiển Hình 4.2: Sơ đồ khối đối tượng điều khiển Các kênh điều khiển không bị ảnh hưởng chéo Đặc điểm tính chất kênh đối tượng điều khiển khảo sát qua mơ hình tốn mục 2.3.4 chương 2, qua kết mơ hình 3.10 chương 4.3 Thiết kế điều khiển Tác giả đề xuất sử dụng điều khiển PID chỉnh định mờ để điều khiển đối tượng 4.3.1 Khái quát hệ thống điều khiển mờ 4.3.2 Thiết kế điều khiển PID chỉnh định mờ để điều khiển đối tượng Đối tượng điều khiển gồm kênh điều khiển độc lập kênh công suất tác dụng P kênh công suất phản kháng Q, kênh điều khiển 20 điều khiển PID với tham số KP, KI, KD chỉnh định chỉnh định mờ mơ hình madani a) b) Hình 4.5: Hệ thống điều khiển thành phần công suất Xét kênh điều khiển công suất tác dụng P: Chọn hàm liên thuộc: Chọn hàm liên thuộc đầu vào e ė hình 4.6b, giá trị đầu vào gồm tập mờ: âm lớn (NB), âm (N), Không (Z), Dương (P), Dương lớn (PB), nằm dải giá trị [-1 1] pu, với hệ số chuyển đổi Xe=1/2143, Xė=1/2143 Chọn hàm liên thuộc đầu KP, KI, KD hình 4.6c, giá trị đầu gồm tập mờ: Rất nhỏ (VS), Nhỏ (S), Trung bình (M), Lớn (B), Rất lớn (VB), nằm dải giá trị [0 1]pu, với hệ số chuyển đổi XKP=1/(6.10-2), XKI=1/(15.10-2), XKD=1/(3.10-2) a) b) c) Hình 4.6: Bộ chỉnh định mờ hàm liên thuộc Các luật suy diễn: thực dựa kinh nghiệm đặc điểm đối tượng điều khiển Bảng 4.2: Luật suy diễn chỉnh định mờ e NB N Z P PB KP KI KD KP KI KD KP KI KD KP KI VS VB VS VS VB VS VS B S M B VS VB VS S B S S B S B M VS VB VS S B S M M M B S S S B S M M B S B B S M VS VB M VS VB VB VS VB VB VS ė NB N Z P 21 PB KD KP KI KD S M M M M B S B B VB VS VB B VB VS VB VB VB VS VB Chọn luật hợp thành d ọn thành dạng MAX-MIN, giải mờ theo ph ểm , giải phương pháp điểm trọng tâm Kết mối quan hệ biến v chịnh định mờ đ ợc ọng vào thể h ể hình 4.7 Hình 4.7: Đồ thị quan hệ biến v chỉnh định mờ vào Tương t thiết kế điều khiển cho kênh điều khiển công suất phản kháng g tự, ết kênh điều Q giống hệt k ống kênh điều khiển công suất tác dụng P ều Thực chạy mơ hình tổng thể hệ thống giá trị đặt (giá trị mong ực hình tổng muốn P*, Q*) thay đổi: Kết mô cho thấy giá trị công suất tác ết dụng P công suất phản kháng Q stator DFIG2 phát l lưới bám suất lên ới theo giá trị mong muốn P*, Q* với thời gian độ nhỏ (khoảng 0.01s) trị ới khơng có độ q điều chỉnh độ time(s) Hình 4.9: Kết mơ hệ thống với điều khiẻn PID chỉnh định mờ ết 22 4.4 Phân chia tải hệ thống phát điện đồng trục với l ới điện tầu thủy tải lưới Hệ thống phát điện đồng trục đ ợc h với lưới điện tầu thủy, tác giả Hệ ả hòa ới chạy thử hệ thống cài đặt hệ số phân chia tải Rp=Rq=70% ạy đặt time(s) Hình 4.11: Kết mô phân chia công suất tải máy phát đồng trục Kết với lưới điện tầu thủy ới Từ kết mô cho thấy, đáp ứng công suất tác dụng P v công suất ất phản kháng Q DFIG2 phát l lưới bám theo giá trị công suất mong ản lên ới suất muốn (70% cơng suất tải) với thời gian độ nhỏ ốn Để có kết sát thực, tác giả chạy thử hệ thống với tr ờng hợp khác ể trường sau: phụ tải l động điện khơng đồng rotor lồng sóc (m hiệu 215HP, ụ điện (mã 215HP 320KW, 400V, 1487RPM), kết mô h ết hình 4.12 Từ kết mơ cho thấy, momen cản tr đầu trục động ầu thay đổi, công suất tác dụng v công suất phản kháng động c tiêu thụ từ ổi, ụ ất lưới thay đổi phức tạp, dẫn đến giá trị mong muốn (giá trị đặt) thay đổi ới theo Tuy nhiên công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát nhiên, ất suất đồng trục l lưới bám theo giá trị đặt ồng lên ới 23 time(s) Hình 4.12: Kết mô phụ tải l động xoay chi pha Kết chiều Để thấy đ ể rõ khả bám giá trị đặt hệ thống, tác giả ơn thực lấy kết mô chi tiết h ơn gồm: giá trị đặt (70% công ực gồm: suất phụ tải) v giá trị thực tế công suất tr đồ thị, đ ợc thể ất ị ột hình 4.13 ình time(s) Hình 4.13: Kết mơ khả điều khiển bám giá tr đặt hệ Kết trị thống phụ tải l động xoay chiều pha ống chiều 24 Nhận xét kết luận chương Ưu điểm phương pháp điều khiển DFIG kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor phương pháp có cấu trúc điều khiển đơn giản chất lượng đạt cao KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận án cơng trình khoa học đề xuất cấu trúc điều khiển máy điện dị nguồn kép máy phát đồng trục sở kỹ thuật đồng dạng tín hiệu cảm ứng rotor Luận án nghiên cứu, đề xuất xác khoảng tốc độ rotor DFIG để hiệu suất chuyển hóa từ máy sang điện phát DFIG máy phát đồng trục cao nhất, làm sở cho xác định tỷ lệ truyền hộp số máy phát đồng trục để giảm chi phí sản xuất điện tầu thủy Phương pháp điều khiển DFIG sở kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor đơn giản hóa cấu trúc điều khiển DFIG máy phát điện đồng trục, phương pháp cách ly kênh điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng, kênh điều khiển độc lập thông qua hệ số mạch khuếch đại tín hiệu lập trình Phương pháp điều khiển DFIG sở kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor nâng cao khả bám điện áp lưới “mềm” tầu thủy máy phát đồng trục điều kiện tốc độ máy thay đổi, nâng cao độ ổn định tính an tồn lưới điện tầu thủy Kiến nghị Với kết đạt được, luận án nâng cao hiệu sử dụng máy điện dị nguồn kép máy phát điện đồng trục tầu thủy Tuy nhiên đề hoàn thiện nữa, tác giả xin đề xuất vài hướng nghiên cứu sau:  Nghiên cứu điều khiển DFIG sở kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor hịa với lưới điện trường hợp bị lỗi lưới không đối xứng  Nghiên cứu điều khiển DFIG sở kỹ thuật đồng dạng tín hiệu rotor ứng dụng trường hợp ni phụ tải độc lập DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Tiến Ban, ”Phân tích hệ máy phát đồng trục Tầu thủy đề xuất cấu trúc sử dụng máy điện dị nguồn kép sở tín hiệu đồng dạng”, Tạp chí Giao thơng vận tải tháng 10/2012, trang 40-43 ISSN 08687012 Nguyễn Trọng Thắng, Thân Ngọc Hồn, ”Tìm tốc độ góc rotor máy phát dị nguồn kép để hiệu suất chuyển đổi lượng hệ thống phát điện đồng trục tầu thủy đạt cực đại”, Tuyển tập cơng trình hội nghị điện tử tồn quốc lần thứ 6-VCM2012, trang 60-66 ISBN 978-604-62-0753-5 Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Tiến Ban, ”Đề xuất phương pháp kích từ cho máy phát đồng trục sử dụng máy điện dị nguồn kép trạm phát điện tàu thủy”, Tuyển tập cơng trình hội nghị điện tử tồn quốc lần thứ 6-VCM2012, trang 67-74 ISBN 978-604-62-0753-5 Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Tiến Ban, “ Xác định công suất mạch kích từ máy phát dị nguồn kép hệ thống phát điện đồng trục tầu thủy”, Tạp chí Khoa học-Cơng nghệ Hàng hải, Số 33-01/2013, trang 49-52 ISSN 1859-316X Thang Nguyen Trong, Ban Nguyen Tien, Hai Nguyen Thanh, “A novel method for excitation control of DFIG connected to the grid on the basis of similar signals from rotor”, International Journal Applied Mechanics and Materials, Volumes 336 - 338- Industrial Instrumentation and Control Systems II, pp.1153-1160 (ISSN: 1662-7482, Indexed: SCOPUS, ISI (ISTP), EI, IEE) Thang Nguyen Trong, Ban Nguyen Tien, Hai Nguyen Thanh, Hai Nguyen Hoang, “The controller of DFIG power fed into the grid basing on the rotor similar signal method”, International Journal Applied Mechanics and Materials, Volumes 415- Automatic Control and Mechatronic Engineering II, pp.245-249 (ISSN: 16627482, Indexed: SCOPUS, ISI (ISTP), EI, IEE) Thang Nguyen Trong, Ban Nguyen Tien, Hai Nguyen Thanh, “Excitation Control System of DFIG Connected to the Grid on the Basis of Similar Signals from Rotor”, The 10th IEEE International Conference on Mechatronics and AutomationIEEE-ICMA, 4-7th August, 2013 in Takamatsu, Japan, pp.738-742 (ISBN: 978-14673-5557-5, Indexed: SCOPUS, EI) Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Tiến Ban, Nguyễn Đức Minh,”Máy phát dị nguồn kép khơng chổi than”, Tạp chí Khoa học công nghệ Hàng hải số 3611/2013, trang 36-39 ISSN 1859-316X Giải thưởng: Best Paper Award at the International Conference on Automatic Control and Mechatronic Engineering (ICACME 2013), 21-22nd June, 2013 in Bangkok, Thailand ... học đề xuất mơ hình ứng dụng máy điện dị nguồn kép làm chức máy phát điện đồng trục tầu thủy, nhằm nâng cao hiệu ứng dụng máy điện dị nguồn kép máy phát đồng trục tầu thủy - Ý nghĩa thực tiễn... tín hiệu rotor - Luận án đơn giản hóa cấu trúc điều khiển máy điện dị nguồn kép máy phát điện đồng trục - Nâng cao khả bám điện áp lưới “mềm” tầu thủy máy phát đồng trục sử dụng máy điện dị nguồn. .. thống phát điện đồng trục tầu thủy Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phát điện tầu thủy có sử dụng máy phát điện đồng trục Các ký hiệu hình 1.1 sau: 1.Chân vịt; Máy phát đồng trục; Hộp số; Máy chính; Bộ