nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tần số máy phát điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn VŨ THỊ YẾN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TỰ ĐỘ NG HÓ A NGÀNH: TỰ ĐỘ NG HÓ A NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN VŨ THỊ YẾN TN 2011 THÁI NGUYÊN 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN Ngành : TỰ ĐỘ NG HÓ A Học Viên : VŨ THỊ YẾN Người HD Khoa học: PGS.TS. VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN – 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên : Vũ Thị Yến Ngày tháng năm sinh : Ngày 25 tháng 02 năm 1984 Nơi sinh : Huyện Gia Lộc – Tỉnh Hải Dương Nơi công tác : Trường Đại Học Sao Đỏ Cơ sở đào tạo : Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Chuyên ngành : Tự động hóa Khóa học : K12- TĐH TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Quang Lạp Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Ngày giao đề tài: / / Ngày hoàn thành: / / GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS.TS. Võ Quang Lạp HỌC VIÊN Vũ Thị Yến BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 1 - Chuyên ngành tự động hoá CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp HVTH: Vũ Thị Yến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi là, Vũ Thị Yến học viên lớp cao học khoá 12 - Tự Động Hoá Trƣờng đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên. Hiện nay tôi đang công tác tại khoa Điện - Trƣờng đại học Sao Đỏ. Xin cam đoan: Đề tài ”Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tần số máy phát điện” dƣới sự hƣớng dẫn của PGS – TS Võ Quang Lạp là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều đƣợc ghi trong danh mục tham khảo, không sử dụng tài liệu nào khác mà không đƣợc ghi trong danh mục. Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung trong luận văn đúng nhƣ trong đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. . Ngƣời cam đoan Vũ Thị Yến Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 2 - Chuyên ngành tự động hoá CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp HVTH: Vũ Thị Yến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng đƣợc sự giúp đỡ, hƣớng dẫn tận tình của thầy PGS – TS Võ Quang Lạp, luận văn với đề tài “Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tần số máy phát điện” đã đƣợc hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hƣớng dẫn PGS – TS Võ Quang Lạp đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Khoa sau đại học, các thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện - Trƣờng đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn. Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã quan tâm động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập. Tác giả Vũ Thị Yến Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 3 - Chuyên ngành tự động hoá CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp HVTH: Vũ Thị Yến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 5 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƢỚC NGOÀI 8 MỞ ĐẦU 9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG 10 MÁY PHÁT ĐIỆN 10 1.1. Chất lƣợng điện năng của máy phát điện 10 1.2. Ổn định điện áp 10 1.3.1. Ổn định tần số thứ cấp 14 1.3.2. Ổn định tần số sơ cấp 16 CHƢƠNG 2: TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN 20 2.1 .Tổng quan về điều tốc 20 2.1.1 Các thông số đặc trƣng của bộ điều tốc 20 2.1.2. Một số loại điều tốc 22 2.2. Một số hệ tự động ổn định tần số cho các loại máy phát điện 24 2.2.1.Tự động ổn định tần số cho nhà máy nhiệt điện 24 2.2.2. Tự động ổn định tần số máy phát gió 36 2.2.3. Tự động ổn định tần số máy phát thuỷ điện 43 2.2.4.Tự động ổn định tần số máy phát dầu. 46 CHƢƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ CHO MÁY PHÁT 52 3.1. Sơ đồ khối hệ điều khiển bộ điều tốc thuỷ điện 52 3.1.1. Các hệ điều khiển 52 3.1.2. Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc thuỷ điện 52 3.2. Tổng hợp hệ truyền động PWM –Đ cho điều tốc thuỷ điện 68 3.2.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc 68 3.2.2. Xây dựng hàm truyền của các khâu trong hệ thống điều khiển. 69 3.2.3. Tổng hợp hệ thống. 72 3.3. Mô phỏng hệ thống. 78 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 4 - Chuyên ngành tự động hoá CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp HVTH: Vũ Thị Yến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.3.1. Chọn và xác định các thông số 78 3.3.2. Tiến hành mô phỏng 81 3.3.3. Nhận xét: 83 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT ĐIỆN 84 4.1. Tnh phi tuyến của bộ điều khiển vị tr 84 4.2.Tổng hợp hệ thống sử dụng bộ điều khiển mờ thch nghi 85 4.2.1. Đặt vấn đề 94 4.2.2. Mô hình toán học của bộ điều khiển mờ 95 4.2.3. Xây dựng bộ điều khiển mờ thch nghi theo mô hình mẫu song song 99 KẾ T LUẬN VÀ KIẾ N NGHỊ 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 5 - Chuyên ngành tự động hoá CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp HVTH: Vũ Thị Yến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1-1 Hệ thống tự động ổn định điện áp AVR 13 Hình 1-2 Sơ đồ khối bộ điều tần thứ cấp 15 Hình 1-3 Sơ đồ cơ cấu đo tần số a, biều đồ vectơ điện áp b 15 Hình 1-4 Đƣờng đặc tnh tĩnh tuabin (1,2,3) và phụ tải (1 ’ ,2 ’ ,3 ’ ). 17 Hình 1-5 Sơ đồ khối bộ điều tốc 19 Hình 2-1 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điều tốc cơ kh 23 Hình 2-2 Hệ thống điều khiển có máy phát tốc 23 Hình 2-3 Nguyên lý quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện 25 Hình 2-4 Sơ đồ mạch điều khiển áp suất hơi chnh 27 Hình 2-5 Sơ đồ mạch đầu vào điều khiển lò hơi 28 Hình 2-6 Sơ đồ tuabin master 29 Hình 2-7 Sơ đồ mạch điều khiển nhiên liệu 30 Hình 2-8 Sơ đồ điều khiển khói gió 31 Hình 2-9 Sơ đồ mạch điều khiển gió cấp 2 32 Hình2-10 Sơ đồ mạch điều khiển Quạt khói 33 Hình 2-11 Sơ đồ mạch điều khiển mức nƣớc bao hơi 34 Hình 2-12 Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt 35 Hình 2-13 Cấu tạo của tuabin gió 38 Hình 2-14 Sơ đồ hệ thống phát điện sức gió 39 Hình 2-15 Phân tch động học cánh gió 41 Hình 2-16 Góc điều khiển của một cánh gió ở 10 vị tr khác nhau 43 Hình 2-17 Sơ đồ nguyên lý máy điều chỉnh tốc độ quay của tuabin kiểu hƣớng tâm 44 Hình 2-18 Sơ đồ nguyên lý đơn giản hoá của máy điều tốc tuabin kiểu điện 46 Hình 2-19 Hệ thống điều tốc máy phát điện dầu 47 Hình 2-20 Đồ thị công chỉ thị 47 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 6 - Chuyên ngành tự động hoá CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp HVTH: Vũ Thị Yến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3-1 Hệ thống điều khiển số 52 Hình 3-2 Hệ thống điều khiển tƣơng tự 52 Hình 3-3 Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc thuỷ điện 53 Hình 3-4 Sai số tải đƣợc tạo ra ở chiết áp khi một điện trở tải đƣợc nối giữa contact trƣợt và một đầu của dây điện trở 54 Hình 3-5 Định hƣớng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông ro- tor(r,q) 55 Hình 3-6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết bị biến tần 57 Hình 3-7 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều thyristor - động cơ 58 Hình 3-8 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kn. 59 Hình 3-9 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kn 60 Hình 3-10 Đồ thị tốc độ quay và dòng điện của quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ 60 Hình 3-11 Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung một chiều 64 Hình 3-12 Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H 65 Hình 3-13 Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H 65 Hình 3-14 Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển 67 Hình 3-15 sơ đồ cấu trúc hệ thống điều tốc thuỷ điện 69 Hình 3-16 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi 69 Hình 3-17 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 72 Hình 3-18 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 73 Hình 3-19 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 74 Hình 3-20 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị tr 76 Hình 3-21 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị tr 78 Hình 3-22 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID 81 Hình 4-1 Quan hệ giƣ̃ a   và  85 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 7 - Chuyên ngành tự động hoá CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp HVTH: Vũ Thị Yến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 4-2 Cấu trúc phƣơng pháp điều khiển thch nghi trực tiếp 86 Hình 4-3 Cấu trúc của phƣơng pháp điều khiển thch nghi gián tiếp 87 Hình 4-7 Luật hợp thành tuyến tnh 89 Hình 4-8 Quan hệ vào ra của luật hợp thành tuyến tnh 98 Hình 4-9 Sự hình thành ô suy luận từ luật hợp 92 Hình 4-10 Các vùng trong ô suy luận 92 Hình 4-11 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K 93 Hình 4-12 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra 94 Hình 4-13 MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu ra và hệ số tch phân sai lệch đầu vào 95 Hình 4-14 Sơ đồ khối mờ cơ bản 96 Hình 4-15 Các luật hợp thành 96 Hình 4-16 Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ 97 Hình 4-17 Các vùng trong ô suy luận 97 Hình 4-18 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K 100 Hình 4-19 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra 101 Hình 4-20 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra và hệ số tch phân sai lệch đầu vào 102 Hình 4-21 Sơ đồ khối mờ cơ bản 103 Hình 4-22 Các luật hợp thành 107 Hình 4-23 Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ 108 Hình 4-24 Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lƣợng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ thch nghi 108 Hình 4-25 Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lƣợng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ thích nghi 110 Hình 4-26 Các tín hiệu đầu ra tƣơng ứng với các giá trị đặt khác nhau của vị trí đặt đầu vào φ đặt = 6V 112 [...]... ũn ni tr li v tri c v bng nột lin Thiết bị điều khiển Thiết bị giới hạn tải 77 Đối tuợng điều khiển (Nhiễu) Tải hệ thống (Khối làm việc) Độ mở Giá trị chuẩn Thiết bị điều chỉnh tốc độ 65P (Khối điều khiển) (Phần điều chỉnh) Cơ cấu dầu áp lục (Đối tuợng điều khiển) Tuabin và máy phát thuỷ lục (Phần làm việc) Servo motor Cơ cấu phản hồi Phản hồi âm Phản hồi chỉnh (Bộ phận đo) Bộ phận đo tốc độ Hỡnh 2-2:... gúp 1 phn nh vo vic nõng cao cht lng ca h iu chnh tn s Vi cỏch t vn nh vy nờn ti lun vn c chn l :Nghiờn cu nõng cao cht lng h iu chnh t ng tn s mỏy phỏt in Ni dung lun vn c chia lm 4 chng: Chng 1: Tng quan v iu chnh tn s trong mỏy phỏt in Chng 2: T ng n nh tn s mỏy phỏt in Chng 3: Tng hp h thng truyn ng in n nh tn s cho mỏy phỏt Chng 4: ng dng iu khin m thớch nghi nõng cao cht lng h truyn ng iu... nht phn ng theo lch tc thi ca tn s S mch bao gm in tr tỏc dng v in khỏng hoc in dung ni song song Khi tn s h thng bng nh mc thỡ dũng I1 v I2 bng nhau Khi tn s gim thp hoc tng cao s lm thay i XL hoc XC v dũng I1 v I2 s khỏc nhau Tựy thuc vo giỏ tr v du ca lch tn s m gúc pha ca dũng in u ra ca mch s b thay i, nh b t ng iu chnh tn s th cp cú th phn ng a ra tỏc ng iu chnh phự hp - S b iu tn th cp Udf... cỏc loi ph ti nhit hu nh khụng ph thuc vo tn s, cụng sut tiờu th bi ng c ca mỏy múc gia cụng kim loi ph thuc bc nht tn s Cụng sut ca cỏc loi bm, qut tựy theo kt cu, nghiờng ca cỏnh cú th ph thuc bc hai, ba vo tn s Núi chung i vi ph ti tng hp ca h thng tựy theo tng quan gia cỏc thnh phn ph ti m quan h gia cụng sut tỏc dng v tn s s thay i CBHDKH: PGS TS Vừ Quang Lp S húa bi Trung tõm Hc liu HTN HVTH:... khụng i (vi chinh xỏc no ú) khi ph ti bin ng Ngoi ra thit b t ng iu chnh in ỏp cũn nhm nõng cao gii hn cụng sut CBHDKH: PGS TS Vừ Quang Lp S húa bi Trung tõm Hc liu HTN HVTH: V Th Yn http://www.lrc-tnu.edu.vn Lun vn thc s k thut Chuyờn ngnh t ng hoỏ - 12 - truyn ti t mỏy phỏt in vo h thng, m bo s c nh tnh nõng cao s c nh ng cung cp mt cỏch tin cy dũng in mt chiu cho cun kich t ca mỏy phỏt in ng b,... nhit nng Khúi thoỏt cú nhit cao c qua cỏc dn quỏ nhit, qua b hõm v b sy khụng khi tn dng nhit sau ú qua h thng lc bi v x lý lu hunh (FGD) thoỏt ra ngoi ng khúi nh qut khúi 11 X than di ỏy lũ c a ra ngoi bng h thng thi x Nc trong bao hi c a xung cỏc ng sinh nhit xung quanh tng lũ trao i nhit vi lũ bin thnh hi quay tr li bao hi qua h thng quỏ nhit tng cht lng v cú thụng s cao (ỏp sut 169kg/cm2, nhit... bỡnh ngng 5, nc ngng c a qua cỏc bỡnh gia nhit h 14 sau ú c a n bỡnh kh 15 bm ngng 7 Nc sau khi c kh khi s c bm cp 8 bm qua cỏc bỡnh gia nhit cao, qua b hõm sau ú a vo bao hi khộp kin mt chu trỡnh nhit Ngi ta dựng hi trich t tuabin cung cp cho cỏc bỡnh gia nhit cao, gia nhit h v bỡnh kh khi CBHDKH: PGS TS Vừ Quang Lp S húa bi Trung tõm Hc liu HTN HVTH: V Th Yn http://www.lrc-tnu.edu.vn Lun vn thc s... gim nng sut v hiu qu lm vic ca cỏc thit b in S gim tn s v in ỏp khụng ch gõy thit hi cho bn thõn h thng in m cho tt c cỏc ngnh kinh t khỏc Vỡ vy khi thit k vn hnh cn xem xột ti cỏc bin phỏp m bo v nõng cao cht lng tn s v in ỏp Do ú gii quyt in ỏp v tn s chỳng ta nghiờn cu cỏc h thng t ng n nh 1.2 n nh in ỏp - Ch tiờu ca cht lng in ỏp + lch in ỏp (khi tc bin i ca in ỏp nh hn 1% trong 1 giõy) so vi... chuyn m ca cỏnh hng tuabin nc Khi h thng n nh = 0 v cụng sut mỏy phỏt bng cụng sut ph ti Cht lng in nng ca mỏy phỏt in c ỏnh giỏ bi hai ch tiờu tn s v in ỏp cỏc thit b in lm vic tin cy v cho hiu sut cao thỡ hai ch tiờu ny luụn c quan tõm ỳng mc Trong chng ny ó gii thiu cỏc phng phỏp n nh tn s v in ỏp n nh in ỏp dựng h thng t ng iu chnh in ỏp cũn n nh tn s cú hai phng phỏp n nh trc tip v n nh giỏn... ti, v/ph nH: vũng quay n vi ng c lm vic ch nh mc, v/ph ntb nkt nH vũng quay trung bỡnh, v/ph 2 l mc sai s tnh ca b iu tc, nú c trng cho kh nng duy trỡ vũng quay ban u, cng nh cht lng b iu tc cng cao, tuy nhiờn khi ú thi gian iu chnh tng lờn Trong trng hp ng c tinh iu tc vuụng gúc vi trc honh (=0) gi l c tinh siờu tnh hay phi tnh Trong trng hp ng c tinh iu tc cú dc ( > 0) gi l c tinh tnh rng . 2.2.1 .Tự động ổn định tần số cho nhà máy nhiệt điện 24 2.2.2. Tự động ổn định tần số máy phát gió 36 2.2.3. Tự động ổn định tần số máy phát thuỷ điện 43 2.2.4 .Tự động ổn định tần số máy phát. chọn là : Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tấn số máy phát điện Nội dung luận văn đƣợc chia làm 4 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về điều chỉnh tần số trong máy phát điện Chƣơng. Tự động ổn định tần số máy phát điện Chƣơng 3: Tổng hợp hệ thống truyền động điện ổn định tần số cho máy phát Chƣơng 4: Ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để nâng cao chất lƣợng hệ truyền động