tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật giới thiệu mô hình toán học đối tượng điều khiển

Hình 1.2 Tuốc bin gió với tốc độ thay đổi có bộ biến đổi nối trực tiếp giữa stator vàlưới Transformer Power electronic converter ≈ = Hình 1.3 Tuốc bin gió tốc độ thay đổi sử dụng MĐKĐBRT

LỜI GIỚI THIỆU

Xã hội loài người muốn tồn tại và phát triển thì một điều tất yếu không thể thiếuđược đó là phải duy trì nguồn năng lượng để nuôi sống xã hội đó Trong đó điệnnăng đóng một vai trò đặc biệt quan trọng Hiện nay các nguồn điện năng chính làdầu khí, than đá hoặc đang có nguy cơ cạn kiệt hoặc đã đến giới hạn khai thác.Trong khi đó điện hạt nhân tuy đã phát triển mạnh nhưng vẫn chứa mối nguy hiểm

to lớn tiềm tàng không an toàn Vì vậy các nguồn năng lượng sạch khác như gió,mặt trời, thủy triều đang được nghiên cứu và phát triển, hứa hẹn một tương lai tươisáng hơn, được áp dụng rộng rãi hơn

Máy điện không đồng bộ (MDKDB) được ứng dụng ngày càng nhiều vào các hệthống máy phát điện nói chung và đặc biệt trong các hệ thống máy phát điện chạysức gió Máy phát nằm trong dải công suất điều chỉnh từ vài chục kW đến trên 7

MW và có những ưu điểm nổi bật:

 Khả năng điều chỉnh dễ dàng dòng năng lượng qua máy phát bằng biếntần có công suất thấp hơn máy phát nhiều bằng tác động lên vành góprotor, giúp hạ đáng kể giá thành toàn hệ

 MDKDB có khả năng hoạt động với hệ số trượt trong một phạm vi khárộng (tới ±30%), cho phép tận dụng tốt hơn nguồn năng lượng gió

Bản luận án này giới thiệu một phương pháp tổng hợp bộ điều khiển mà khôngcần một giả thiết nào gần đúng vi phạm tới bản chất phi tuyến của MDKDB, đó làphương pháp điều khiển theo mô hình nội IMC Luận văn được chia thành:

Chương 1 Đặt vấn đề

Chương 2 Giới thiệu mô hình toán học đối tượng điều khiển

Chương 3 Phân tích lựa chọn phương án điều khiển đối tượng.

Chương 4 Mô phỏng và kết luận.

Cuối cùng là kết luận và một số đề xuất về hướng nghiên cứu tiếp theo của đềtài Mặc dù có nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu, song bản luận án khôngthể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả mong nhận được sự góp ý, nhận xét của cácthầy cô giáo và các bạn quan tâm

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 11 năm 2011

Người thực hiện

Chương 1

ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN

Xuất phát từ thực tế về xu hướng sử dụng nguồn năng lượng tái tạo từ gió ngàycàng tăng ở mỗi quốc gia trên toàn thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng, vì:

- Đây là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường

- Nhu cầu ngày càng lớn về điện năng trên toàn thế giới nói chung và ở ViệtNam nói riêng, đòi hỏi phải đa dạng hóa các nguồn năng lượng

- Xuất phát từ thực tiễn nước ta là nước có chiều dài bờ biển lớn, có nhiềuhải đảo, lưu lượng gió thổi từ biển vào đất liền, hải đảo lớn, do đó tiềm năng vềnăng lượng gió ở nước ta là rất lớn, vì vậy cần thiết phải tiến hành các nghiên cứuứng dụng nhằm phát triển lĩnh vực tái tạo năng lượng gió ở nước ta phát triển mạnhhơn nữa

1.1 Khái quát về các loại hệ thống năng lượng gió và đối tượng nghiên cứu của

Transformer Power electronic

converter

≈

=

Hình 1.2 Tuốc bin gió với tốc độ thay đổi có bộ biến đổi nối trực tiếp giữa stator và

lưới

Transformer

Power electronic converter

≈

=

Hình 1.3 Tuốc bin gió tốc độ thay đổi sử dụng MĐKĐBRTDQ

1.2 Cấu trúc điều khiển của hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện KĐBRTDQ

Hiện nay, có hai cấu trúc hệ thống PĐSG dùng MĐKĐBRTDQ được sửdụng: hệ thống sử dụng crowbar (hình 1.4) và hệ thống sử dụng stator switch (hình1.5)

Lever II (Wind turbine control strategy)

Crowbar

Crowbar control

W m

V w

Tem* Vbus* Qs* Qf*

β*

Hình 1.4 Hệ thống PĐSG dựa trên MĐKĐBRTDQ sử dụng crowbar

Hệ thống gồm có các điều khiển thành phần sau: điều khiển tuốc bin, điều khiển vector, điều khiển crowbar hoặc stator switch

a) Điều khiển tuốc bin

Nhiệm vụ của điều khiển tuốc bin là điều chỉnh tốc độ tuốc bin (sử dụngđộng cơ servo để điều khiển góc cánh) và cung cấp giá trị đặt của mô men (hoặccông suất tác dụng) cho mức điều khiển vector theo chiến lược điều khiển như sau(hình 1.6):

- Khi tốc độ gió nhỏ hơn giới hạn thấp của nó (khoảng 4 m/s), tốc độ củamáy phát được giữ ở tốc độ thấp, dưới đồng bộ 30% (1050 v/ph), công suất cực đạinhận được từ gió bằng cách điều chỉnh góc của cánh gió

Lever II (Wind turbine control strategy)

Stator switch control

W m

V w

T em * V bus * Q s * Q f * β*

Stator Switch

Hình 1.5 Hệ thống PĐSG dựa trên MĐKĐBRTDQ sử dụng stator switch

- Khi tốc độ gió lớn hơn giới hạn thấp 4m/s và nhỏ hơn 8m/s, tốc độ máyphát được duy trì trong phạm vi lớn hơn 1050 v/ph (dưới tốc độ đồng bộ 30 %) vànhỏ hơn hoặc bằng 1950 v/ph (trên tốc độ đồng bộ 30%), công suất cực đại lấy từgió bằng cách điều chỉnh đồng thời tốc độ rotor tuốc bin và góc của cánh gió

- Khi tốc độ gió lớn hơn 8m/s và nhỏ hơn tốc độ gió định mức, 12m/s, tốc độmáy phát khi đó được duy trì ở giá trị định mức (1950 v/ph – trên tốc độ đồng bộ30%), công suất cực đại lấy từ gió bằng cách điều chỉnh góc của cánh gió

- Khi tốc độ gió cao hơn tốc độ định mức (12m/s), tốc độ máy phát được giữ

ở giá trị định mức 1950 v/ph, công suất đặt của máy phát bằng công suất định mứccủa nó, nghĩa là công suất lấy từ gió được giữ bằng công suất định mức thông quaviệc điều chỉnh góc của cánh gió

- Khi tốc độ gió quá thấp, năng lượng quá nhỏ hoặc khi tốc độ gió quá cao(trên 25m/s), thì hệ thống bảo vệ sẽ cắt máy phát ra khỏi lưới

C D

25 50

n đm

n minHình 1.6 Các đường cong sử dụng trong chiến lược điều khiển tuốc bin

b) Điều khiển crowbar hoặc stator switch

Với hệ thống sử dụng crowbar, khi xảy ra lỗi lưới, nếu dòng rotor lớn quámức cho phép của bộ biến đổi, lúc này điều khiển crowbar sẽ được kích hoạt, làmngắn mạch rotor, rẽ mạch dòng ngắn mạch qua crowbar để bảo vệ bộ biến đổi, khi

đó máy phát bị mất điều khiển Khi biên độ dòng quá độ đã giảm dưới mức an toàn,

“crowbar” ngừng tham gia, lúc này mới có thể điều khiển được máy phát

c) Điều khiển vector

Bao gồm hai điều khiển thành phần: Điều khiển nghịch lưu phía máy phát vàđiều khiển nghịch lưu phía lưới

 Điều khiển nghịch lưu phía lưới (NLPL)

Mục tiêu của điều khiển NLPL là duy trì trị số điện áp một chiều trung giankhông đổi theo giá trị đặt của nó phù hợp với bộ biến đổi nghịch lưu phía máy phát(NLMP), và điều khiển hướng, trị số công suất vô công lên lưới

 Điều khiển nghịch lưu phía máy phát(NLMP)

Mục đích của bộ NLMP là điều khiển công suất tác dụng, và công suất phảnkháng lên lưới một cách độc lập với nhau, thông qua điều khiển các thành phầndòng điện rotor, với việc áp dụng kỹ thuật điều khiển vector

1.3 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với điều khiển nghịch lưu phía máy phát

Để hệ thống phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBRTDQ, làm việc ổn định vớilưới ( giả thiết lưới có công suất vô cùng lớn) yêu cầu đối với điều khiển nghịch lưuphía máy phát là:

Ở chế độ làm việc bình thường, thực hiện bám lưới với tần số và điện áp lướikhông đổi; thực hiện điều chỉnh phân ly công suất tác dụng và công suất phảnkháng lên lưới

Ở chế độ sự cố (ngắn mạch gây sụt điện áp lưới), thực hiện bám lưới; cungcấp công suất tác dụng lớn nhất có thể lên lưới ngay sau khi lỗi lưới để cấp dòng

ngắn mạch vào vị trí bị ngắn mạch để kích hoạt các thiết bị bảo vệ hệ thống nănglượng tác động; điều chỉnh công suất phản kháng lên lưới để hỗ trợ lưới phục hồiđiện áp, đồng thời tạo điều kiện để hệ thống trở về chế độ bình thường ngay sau khilỗi lưới (vì mức điện áp lưới lúc này đã được nâng lên).

Ở chế độ sự cố, một vấn đề có thể xảy ra (nhất là khi sập lưới với mức độlớn) với bộ điều khiển nghịch lưu phía máy phát là vấn đề mất điều khiển dòng khilỗi lưới Nguyên nhân là khi lỗi lưới, từ thông stator xuất hiện thành phần quá độdao động, làm cảm ứng trong mạch rotor điện áp quá độ có trị số lớn (sức phảnđiện động) , và nếu lớn hơn điện áp cực đại của bộ biến đổi có thể tạo ra được thì sẽgây mất điều khiển dòng và gây quá dòng lớn Hậu quả là hệ thống phải kích hoạt

hệ thống bảo vệ bộ biến đổi thông qua việc điều khiển crowbar hoặc stator switch.Máy phát bị mất điều khiển hoặc phải ngắt máy phát ra khỏi lưới,không thực hiệnđược nhiệm vụ đặt ra khi lỗi lưới và có nguy cơ làm tan rã hệ thống lưới điện kiểu

“wind farm”

Xuất phát từ việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới điện áp quá độ cảm ứngtrong mạch rotor, để nâng cao được chất lượng hệ thống, các yêu cầu cụ thể đượcđặt ra với bộ điều khiển phía máy phát như sau:

- Điều khiển phân ly (tách kênh) công suất hữu công và công suất vô côngphát lên lưới thông qua MĐKĐBRTDQ

- Ổn định đối với dao động của điện áp lưới

- Ổn định đối với dao động của từ thông khi lỗi lưới

- Ổn định đối với dao động, thay đổi của tốc độ máy phát và tần số góc mạchrotor ở chế độ bình thường và lỗi lưới

Kết luận chương 1:

Sau khi trình bày tính cấp thiết của đề tài; khái quát lại các loại tuốc bin gió;

ưu nhược điểm của từng loại, tác giả chọn đối tượng nghiên cứu là hệ thống phátđiện sức gió sử dụng MĐKĐBRTDQ Với giải pháp điều khiển là lựa chọn phươngpháp điều khiển phi tuyến thích hợp để nâng cao khả năng làm việc ổn định của hệthống PĐSG với máy phát thông qua bù nhiễu, điều khiển giảm ảnh hưởng củanhiễu đối với hệ thống, điều khiển để triệt tiêu thành phần thứ tự ngược

Chương 2

MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN 2.1 Khái quát về hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng MĐKĐBRTDQ

DSP

U DC BiÕn thÕ

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng MĐKĐBRTDQ

2.2 Mối liên hệ giữa các hệ toạ độ cố định và hệ toạ độ quay

Trong trường hợp điện áp lưới không đối xứng, với hệ mạch chỉ có ba dây, taphân tích thành hai thành phần, là thành phần đối xứng thứ tự thuận và thành phầnđối xứng thứ tự ngược, thành phần thứ tự không không tồn tại Để điều khiển cácthành phần này, ta sử dụng lý thuyết điều khiển vector, trong đó sử dụng hai hệ toạ

độ quay thuận dq+ quay với tốc độ góc s 2 f s( f slà tần số của lưới điện) và hệtoạ độ quay ngược dq- quay với tốc độ góc s

Bây giờ trên mặt phẳng cơ học (mặt cắt ngang của máy điện), ta xây dựngmột hệ toạ độ cố định  có trục  trùng với trục cuộn dây pha u, một hệ toạ độquay thuận dq+ có trục thực d+ trùng với véc tơ điện áp lưới thuận us+ (uN+), nghĩa là

hệ toạ độ d,q này quay với tốc độ s 2 f s so với stator, và một hệ toạ độ quayngược dq- có trục thực d- trùng với vector điện áp lưới ngược us-, quay với tốc độ

s



 so với stator (hình 2.2) Các thành phần của vector dòng stator trên 2 trục tọa độ

 là i s, i s ; trên hai trục toạ độ dq+ là i sd

Ta có mối liên hệ giữa các thành phần của dòng điện stator trên các hệ trục toạ độ

và các dòng điện pha stator như sau:

2.3 Mô hình toán học phía máy phát

2.3.1 Mô hình trạng thái liên tục MĐKĐBRTDQ

2.3.1.1 Mô hình trạng thái liên tục của MĐKĐBRTDQ cho thành phần thứ tự thuận

Cơ sở để xây dựng mô hình trạng thái liên tục của MĐKĐBRTDQ là cácphương trình điện áp stator, rotor trên hệ thống cuộn dây stator, rotor

Phương trình điện áp stator:

s s s

Do các cuộn dây stator và rotor có cấu tạo đối xứng về mặt cơ học nên cácgiá trị điện cảm là bất biến đối với mọi hệ tọa độ quan sát Do đó, (2.8) được dùngmột cách tổng quát, không cần có các chỉ số phía trên bên phải Khi sử dụng trên hệtọa độ cụ thể ta sẽ điền thêm chỉ số.

Sau khi chuyển (2.6), (2.7), (2.8) sang biểu diễn trên hệ tọa độ dq + là hệ toạ

độ quay với vận tốc góc s so với hệ toạ độ cố định ta thu được hệ phương trìnhsau:

s +

+

s+

r +

s

d dt

Mặt khác, thiết bị điều khiển được đặt ở phía rotor và ta có cơ hội để sử dụngdòng rotor làm biến điều khiển trạng thái của đối tượng MĐKĐBRTDQ Vì vậy ta

sẽ tìm cách thông qua 2 phương trình từ thông (2.9c,d) khử dòng stator i s và từthông rotor r, giữ lại dòng rotor i r và từ thông stator s rồi thay vào 2 phươngtrình (2.9a,b) và biến đổi ta có:

Ở trên đã nhận xét: vector từ thông stator luôn đứng vuông góc với vector điện

áp stator Trong tương quan cố định đó, việc hướng của vector nào được chọn làmhướng tựa cho hệ thống điều chỉnh không có ý nghĩa quyết định nữa Nếu tựa:

 theo hướng từ thông stator ta có: u sd 0,sq 0

       là vector biến vào phía rotor

Ma trận hệ thống A + , ma trận vào phía stator Bs+, và ma trận vào phía rotor Br+

có công thức như sau:

1

0 1 0

m

m s

m

m

L

L L

Hình 2.3 Mô hình trạng thái của MĐKĐBRTDQ

Hệ phương trình mô tả mô hình dòng rotor của MĐKĐBRTDQ sau khi đượctách ra như sau:

; b =





 1 ; c = 1

r L

 ; d =

m L





 1 ; e =

s T





 1

Khi đó mô hình dòng rotor được viết dưới dạng:

2.3.1.2 Mô hình trạng thái liên tục của MĐKĐBRTDQ cho thành phần thứ tự ngược

Sau khi chuyển (2.6), (2.7), (2.8) sang biểu diễn trên hệ tọa độ dq - là hệ toạ

độ quay với vận tốc góc s so với hệ toạ độ cố định ta thu được hệ phương trình

r r

s-i và từ thôngrotor r , giữ lại dòng rotor -

       là vector biến vào phía rotor

Ma trận hệ thống A- , ma trận vào phía stator Bs, và ma trận vào phía rotor Br

có công thức như sau:

B

1

0 1 0

m

m s

m

m

L

L L

-Hình 2.4 Mô hình trạng thái của MĐKĐBRTDQ

Hệ phương trình mô tả mô hình dòng rotor của MĐKĐBRTDQ sau khi đượctách ra như sau:

; b =





 1 ; c = 1

r L

 ; d =

m L





 1 ; e =

s T





 1

Khi đó mô hình dòng rotor được viết dưới dạng:

2.4 Mô hình toàn học phía lưới

2.4.1 Mô hình trạng thái liên tục phía lưới cho thành phần thứ tự thuận

Hình 2.8 mô tả sơ đồ nguyên lý phía lưới điện sau khi đã tách ra từ mô hìnhtổng thể toàn hệ thống:

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý phía lưới

Hình 2.8 Sơ đồ tối giản mạch điện phía lưới

Viết (2.34) dưới dạng thành phần trên hai trục tọa độ dq + THĐAL thànhphần thứ tự thuận, ta có hệ phương trình trạng thái mô tả hệ thống phía lưới:

A

1

N D

10

D

D

L L

là vector đầu vào

2.4.2 Mô hình trạng thái liên tục phía lưới cho thành phần thứ tự ngược

Trên hệ toạ độ quay ngược dq- quay với tốc độ s, mô hình liên tục phíalưới cho thành phần thứ tự ngược hoàn toàn tương tự như trên hệ toạ độ quay thuậncho thành phần thứ tự thuân, cụ thể là:

  (2.36)Trong đó:

1

A

1

N D

10

D

D

L L

là vector đầu vào

Kết luận chương 2 : Trong chương 2 này đã đưa ra được mô hình toán học

MĐKĐBRTDQ, mô hình toán học phía lưới, đồng thời đưa ra được cấu trúc điều

khiển của hệ thống điều khiển phía lưới, vai trò và tính phi tuyến mạnh của môhình dòng MĐRTDQ trong trường hợp lỗi lưới làm cơ sở cho việc thiết kế bộ điềuchỉnh dòng phía máy phát

Chương 3

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG 3.1 Khái quát các phương pháp đã áp dụng và lựa chọn phương pháp điều khiển.

Cho đến nay, thực tế đều sử dụng các phương pháp điều khiển tuyến tính [ 6][34], [35], trong đó khâu điều chỉnh dòng được tổng hợp theo các phương pháptuyến tính và đã giải quyết được những vấn đề sau: Điều khiển phân ly (tách kênh)công suất tác dụng và công suất phản kháng phát lên lưới thông quaMĐKĐBRTDQ; Ổn định đối với dao động của điện áp lưới; Ổn định đối với daođộng của từ thông khi lỗi lưới; Vấn đề tốc độ máy phát thay đổi ở chế độ bìnhthường

Để thực hiện phân ly (tách kênh) các thành phần i rd (tạo công suất hữu công)

và i rq (tạo công suất vô công) của dòng rotor, trên cơ sở đó để thực hiện điều khiểnphân ly công suất tác dụng máy phát và công suất vô công máy phát, các tài liệu[35], [36], [39] đã thực hiện bù thành phần liên kết ngang và

Về vấn đề ổn định đối với dao động của điện áp lưới, cho đến nay các biệnpháp sau đã được thực hiện: bù trực tiếp điện áp lưới và bù thông qua sức phản điệnđộng cảm ứng trong mạch rotor E (được ước lượng) và sử dụng “active resistance”

để làm tăng sự tắt dần của E

Để nâng cao tính ổn định của hệ thống PĐSG sử dụng MĐKĐBRTDQ khilàm việc với lưới có công suất vô cùng lớn, trên cơ sở các phương pháp, giải phápđiều khiển đã áp dụng Trong luận văn này, tác giả lựa chọn phương pháp điềukhiển theo mô hình nội IMC để:

+ Thực hiện tách kênh P,Q

+ Bù nhiễu thông qua bù sức phản điện động

+ Giảm ảnh hưởng của nhiễu hệ thống thông qua sức phản điện động

r rd i

+ Thực hiện tách các thành phần đối xứng và điều khiển để triệt tiêu thànhphần thứ tự ngược.

3.1.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển phía máy phát

HV: Trần Đức Quỳnh Lâm HDKH TS Cao Xuân Tuyển

DFIG

NLMP SVPWM

Hình 3.1 Cấu trúc điều chỉnh máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió sửdụng MĐKĐBRTDQ có sử dụng khâu điều chỉnh IMC và kể đến lưới không cân

bằng

3.1.2 Tính toán giá trị đặt cho điều khiển phía máy phát

Theo (2.5), các vector dòng điện, điện áp, từ thông staor và rotor được phântích thành các thành phần thứ tự thuận và ngược trong các hệ toạ độ quay thuận vàngược như sau:

sdq

+ rdq +

- là vector phức liên hợp của i sdq

Có thể viết lại (3.5) dưới dạng ma trận như sau:

*

0

33

3.2 Giới thiệu phương pháp điều khiển theo mô hình nội IMC

Hiện nay về phương diện lý thuyết có nhiều phương pháp thiết kế phi tuyến,như phương pháp tuyến tính hoá chính xác, phương pháp tựa phẳng, điều khiển mờ,

mạng nơ ron Trong đề tài này áp dụng phương pháp điều khiển theo mô hình nội

IMC cho DFIG

Có rất nhiều trang trại phong năng sử dụng các tuốc bin gió dùngMĐKĐBRTDQ (DFIG); loại này cho một số ưu điểm so với các máy phát có tốc độ

cố định Bộ biến đổi của mạch kích từ (DFIG) bao gồm một bộ biến đổi nguồn áp

sử dụng các phần tử bán dẫn điều khiển hoàn toàn Bộ biến đổi ở phía máy phát đưa

dòng kích từ với tần số thay đổi được vào trong dây quấn Roto thông qua vànhtrượt Điều này cho phép duy trì dòng stato bằng với tần số của lưới trong khi bộbiến đổi phía lưới được cung cấp điện áp một chiều ổn định cho bộ biến đổi.

Để đạt được các mục tiêu này, đề xuất ra một sơ đồ điều khiển tổng thể dựa trên hệ thống DFIG Bao gồm phần điều khiển cho tuốc bin gió và phần điều khiển cho DFIG Trong thực tế giải pháp điều khiển tỉ lệ tích phân (PI) đã được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên việc thiết lập các thông số cho bộ điều khiển PI vẫn là một vấn

đề đáng quan tâm

Bộ điều khiển theo mô hình nội là một giải pháp điều khiển quá trình được

đề xuất vào năm 1982 và đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp [48] Sử dụngIMC để chế ngự các lỗi trong DFIG [49] Mô tả bộ điều khiển mô hình nội thíchnghi mẫu - mô hình trực tiếp cho DFIG

Trong phần này giới thiệu phương pháp điều khiển cho cả hai bộ biến đổicho DFIG Áp dụng cách thức điều khiển vòng kép dựa trên IMC Đối với (MVSC

- Bộ biến đổi nguồn áp phía máy phát) bộ biến đổi sử dụng vòng phân ly là vòngbên trong Đối với (GVSC - Bộ biến đổi phía lưới) điện áp một chiều và công suấtphản kháng được điều khiển ở vòng ngoài Vòng trong vẫn dùng để điều khiểndòng điện Trình tự thiết kế chi tiết được mô tả và các kết quả mô phỏng được đưa

ra để khẳng định tính đúng đắn của giải pháp điều khiển

Cấu trúc kinh điển của IMC được trình bày trong hình Các hàm truyền

Gp(s), Gm(s), Gc(s), Gf(s) và Gw(s) biểu diễn cho đối tượng, mô hình, bộ biến đổi,mặch lọc và tính hiệu đặt đầu vào; w(s), y(s), e(s) lần lượt là các hàm đầu vào, đầu

ra và hàm nhiễu F(s) là hàm điều khiển của IMC Gỉa thiết Gw(s) = 1 khi đó theohình 3 2 ta có:

Nếu mô hình có thể biểu diễn cho đối tượng một cách chính xác Điều đó cónghĩa là Gp(s) = Gm(s) thì hàm truyền đầu vào của vòng kín hệ thống chỉ phụ thuộcvào nhánh truyền thẳng Fo(s) = Gc(s) Gp(s) Điều này có nghĩa là mô hình chínhxác, phân tích tính ổn định chỉ để cập đến ổn định vòng hở của cấu trúc IMC.

Theo như thuộc tính của IMC, BĐK lý tưởng Gc(s) = G-1

p(s) có thể thu đượcdưới điều khiển là đối tượng dịch và mô hình chính xác Do vậy điều khiển tiênquyết là mô hình chính xác Để giữ cho bộ điều khiển Gc(s) là ổn định thì Gc(s) cóthể được định nghĩa như sau

ổn định của Gc(s) Giả thiết rằng e(s) = 0 thì Gf(s) = 1, hàm truyền vòng kín Gcl(s) là:

( ) ( ) ( )

( )

n cl

( )

( )

i p m

Phương trình (3.15) chỉ ra rằng đặc tính đáp ứng động của nhiễu đầu vào liênquan đến hàm truyền của đối tượng Gp(s) Trên thực tế đặc tính đáp ứng động củađối tượng không được tốt như hàm truyền của vòng kín

Do đó đầu vào nhiễu sẽ gây ra một tác động lên đáp ứng của hệ thống Lý do

là vì phản hồi âm trạng thái được đưa vào ở đây nhằm hạn chế ảnh hưởng của nhiễu

và cải thiện độ bền vững của hệ thống điều khiển Giả thiết rằng Gf(s) =1 và Gw(s)

=1, mô hình IMC nâng cấp được thể hiện như hình (3)

Hình 3.3 Bộ điều khiển nâng cấp dựa trên nguyên tắc IMC

( )

( )( )

i p m

K phù hợp có thể giữ nguyên đặc tính đáp ứng hệ thống giữa nhiễu và tín hiệu đặt

Và đảm bảo hệ thống không có sai lệch tĩnh khi có nhiễu ở đầu vào

Mục đích của điều khiển dòng điện bên trong là để bám theo giá trị đặt củaRoto và điện áp đầu ra kích thích các phương trình thu được như sau:

Theo nguyên tắc IMC bộ điều khiển có thể được thiết kế như trong hình (4).

Để đưa ra điều khiển tách kênh Các bộ điều khiển dòng điện của trục d ,q biểu diễnnhư :

xem như là nhiều

Do đăc trưng của IMC là sẽ không tạo ra sai lệch tĩnh với đầu vào nhiều,do

đó nó được dùng để loại bỏ sức phản điện động E (BMF) lên chất lượng làm việcxác lập của DFIG Để đạt được điều này bộ điều khiển dòng điện sử dụng phản hồi

âm Kd ;Kq để tạo ra hàm truyền vòng kín cho hệ thống và nhiều sẽ củng cố các điểmcực của vòng kín Điều này góp phần cải thiện đặc tính động DFIG