Tóm tắt luận án cải thiện chất lượng điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép dùng trong hệ thống phát điện chạy sức gió bằng phương pháp điều khiển phi tuyến

Luận án đã góp phần làm sáng tỏ được bản chất của phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động passivity - based khi áp dụng để tổng hợp bộ điều chỉnh dòng MPKĐBNK trong hệ thống m

4 Luận án đã góp phần làm sáng tỏ được bản chất của phương

pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (passivity - based) khi áp

dụng để tổng hợp bộ điều chỉnh dòng MPKĐBNK trong hệ thống

máy phát điện sức gió đó là: Kiểm tra tính thụ động của đối tượng

máy phát điện không đồng bộ 3 pha nguồn kép từ đó áp dụng tổng

hợp bộ điều chỉnh dòng máy phát bằng phương pháp tựa theo thụ

động trên cơ sở hệ thụ động EL và Hamilton để cải thiện chất lượng

tĩnh và động của hệ thống có kiểm chứng bằng mô phỏng offline và

mô phỏng thời gian thực

Kiến nghị:

Với những kết quả đạt được, bản luận án đã giải quyết được về

mặt lý thuyết các trường hợp tải đối xứng và sự cố sập (đối xứng)

một phần điện áp lưới Từ đây tác giả đề xuất hướng nghiên cứu tiếp

theo là nghiên cứu ảnh hưởng của tải không đối xứng tới chất lượng

điều khiển máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK và khả năng

bám lưới của máy phát trong các trường hợp lỗi lưới không đối xứng

khi sử dụng phương pháp điều khiển phi tuyến Passivity - Based

TÓM TẮT LUẬN ÁN

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay nhu cầu phát điện chạy sức gió ở Việt Nam ngày càng trở nên có tính thực tiễn cao, bởi nguồn tài nguyên than phục vụ cho các nhà máy nhiệt điện ngày càng cạn kiệt, thuỷ điện cũng gần khai thác hết công suất của nguồn nước trên các con sông Việt Nam Ngoài ra nguồn năng lượng mặt trời vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu

và mới chỉ dừng lại ở công suất nhỏ, trong khi đó sức gió ở Việt Nam chưa được khai thác nhiều

Trong tương lai gần hệ thống lưới điện sẽ xuất hiện các chủ lưới (các công ty tư nhân, liên doanh trong và ngoài nước) tham gia cung cấp điện năng cho toàn hệ thống Vì vậy, việc bám lưới khi xảy các

sự cố thông thường là một đòi hỏi cấp thiết cho hệ thống máy phát điện chạy bằng sức gió

Các phương pháp điều khiển tuyến tính chưa giải quyết được một cách triệt để ở chế độ vận hành phi tuyến với các yêu cầu chất lượng, bám lưới của máy phát điện chạy sức gió

Máy điện không đồng bộ 3 pha nguồn kép được ứng dụng làm máy phát trong các hệ thống phát điện chạy sức gió, nhờ khả năng điều khiển dòng năng lượng gián tiếp từ phía rotor thay vì trực tiếp trên stator Khi đó thiết bị điều khiển đặt ở phía rotor chỉ cần thiết kế bằng 1/3 công suất toàn bộ máy điện, cho phép hạ giá thành chỉ còn 1/3 so với các loại máy điện khác Điều này rất hấp dẫn về mặt kinh

tế, nhất là khi công suất các máy ngày càng tăng, mặc dù về mặt phương pháp điều khiển có phần phức tạp Trên thế giới có khá nhiều công trình nghiên cứu song chủ yếu theo các phương pháp điều khiển kinh điển Ở nước ta, hiện nay chỉ có ở Trung tâm Công nghệ cao - ĐHBK Hà Nội đã có những công trình nghiên cứu về hướng này từ

khá lâu Vì vậy, việc thực hiện việc nghiên cứu tại đây sẽ đảm bảo

cho sự thành công của luận án

Việc tổng hợp các thuật toán điều khiển phi tuyến hứa hẹn cải

thiện chất lượng điều khiển máy phát để phát triển và khai thác triệt

để nguồn năng lượng sạch (sức gió) ở Việt Nam Chính vì vậy tác giả

chọn đề tài "Cải thiện chất lượng điều khiển máy phát không đồng bộ

nguồn kép dùng trong hệ thống phát điện chạy sức gió bằng phương

pháp điều khiển phi tuyến" trong luận án, tác giả đi nghiên cứu thuật

toán điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity - Based) để

giải quyết các vấn đề trên

Mục đích nghiên cứu

Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng rotor máy phát không đồng bộ 3 pha

nguồn kép (MPKĐBNK) trong hệ thống máy phát điện sức gió bằng

phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (passivity -

based), để cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống so với phương

pháp điều khiển véc tơ dòng tuyến tính

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Máy điện không đồng bộ nguồn kép: Thực chất là máy điện không

đồng bộ ba pha có rotor dây quấn (MĐKĐBNK) Hiện tại

MĐKĐBNK ít được sử dụng với vai trò động cơ trong các hệ truyền

động Nhưng ý nghĩa của MĐKĐBNK trong vai trò máy phát chạy

sức gió ngày càng tăng

- Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống máy phát điện

sức gió sử dụng MĐKĐBNK Đây là loại máy điện hứa hẹn hiệu quả

kinh tế cao nhất trong các hệ thống như vậy

- Phạm vi nghiên cứu của luận án hạn chế trong việc khảo sát

đặc điểm thụ động của MĐKĐBNK để từ đó tổng hợp cấu trúc điều

khiển tựa theo thụ động (Passivity - based Controll, PBC) điều khiển

véc tơ dòng rotor, thích hợp với chế độ vận hành phi tuyến hơn so

với cấu trúc điều khiển tuyến tính kinh điển

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:

1 Luận án là công trình khoa học đầu tiên đề xuất việc áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity - Based) cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK ở các chế độ làm việc bình thường với tải đối xứng và chế độ xảy ra sự

cố lỗi (đối xứng) lưới sập một phần điện áp, đây chính là đóng góp mới thứ nhất của luận án

2 Khi áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến Passivity - Based, ngoài việc đã giải quyết được các vấn đề mà các phương pháp tuyến tính đã đề cập như dao động điện áp lưới, dao động từ thông khi lỗi lưới, luận án còn cải thiện được chất lượng khi dao động tốc

độ máy phát, dao động tần số góc mạch rotor khi lỗi lưới (đối xứng) Đây cũng chính là đóng góp mới thứ 2 của luận án so với các phương pháp điều khiển tuyến tính thông thường nhằm tăng khả năng ứng dụng phương pháp điều khiển này vào trong thực tiễn

3 Đóng góp mới thứ 3 của luận án là với kết quả mô phỏng khi lỗi lưới sập áp từ 10% đến 50%, bộ điều khiển thực hiện giảm mô men

từ về 0Nm, và giữ phát công suất phản kháng Q lên lưới thông qua

giá trị dòng thành phần i rq và cosϕ (được thể hiện trên các hình từ 5.22 đến 5.27 và từ hình 5.37 đến 5.39) đã chứng tỏ rằng với bộ điều chỉnh dòng sử dụng phương pháp tựa theo thụ động với thuật toán thiết kế tựa theo hệ EL và Hamilton thì chất lượng làm việc được đảm bảo như: Lúc đó các thành phần dòng điện rotor bám giá trị đặt của chúng với biên độ dao động nhỏ hơn dòng định mức rotor và ổn định Đặc biệt với kết quả mô phỏng sập lưới 50% từ các hình 5.27, 5.28 và 5.39 với bộ điều chỉnh Passivity - Based đã chứng tỏ được chất lượng điều khiển MPKĐBNK trong hệ thống máy phát điện sức gió đã được cải thiện so với phương pháp điều khiển tuyến tính (hệ thống mất điều khiển)

Với sự cố sập điện áp lưới 50% (hình 5.39) thì qua kết qủa mô

phỏng thời gian thực cho thấy mặc dù có dao động lớn, song sau đó

ổn định không bị mất điều khiển, điều này khẳng định một lần nữa

(kết quả tương tự với mô phỏng Offline) chất lượng của bộ điều

chỉnh PBC so với bộ điều chỉnh tuyến tính (mất điều khiển)

5.3 Kết luận chương 5

Chương này đã đạt được một số vấn đề quan trọng sau:

- Kiểm tra chất lượng của bộ điều chỉnh PBC có kể đến khử sai

lệch tĩnh

- Đánh giá được chất lượng làm việc của bộ điều chỉnh PBC ở các

chế độ làm việc khác nhau và đặc biệt cho thấy chất lượng của bộ

điều chỉnh PBC tốt hơn so với bộ điều chỉnh tuyến tính (mất điều

khiển) ở chế độ sập lưới (đối xứng) 50%

Hình 5.39: Đáp ứng mô men, cosϕ, irdq (sập lưới 50%)

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu các tài liệu lý luận về phương pháp điều khiển phi tuyến passivity - based

- Kiểm chứng bằng mô phỏng Offline trên cơ sở sử dụng phần mềm Matlab - Simulink - Plecs

- Kiểm tra kết quả bằng mô phỏng thời gian thực

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học của đề tài là chứng minh khả năng sử dụng phương pháp thiết kế điều khiển phi tuyến trên cơ sở đặc điểm thụ động của đối tượng điều khiển là MĐKĐBNK Luận án đã giải quyết thành công cả về lý thuyết lẫn mô phỏng Offline và mô phỏng thời gian thực

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là giúp đáp ứng yêu cầu của quản trị lưới điện là hệ thống phát điện chạy sức gió không được phép tự cắt

ra khỏi lưới khi xảy ra lỗi sập (đối xứng) lưới một phần Việc tự cắt

ra khỏi lưới có thể gia tăng nguy cơ gây mất ổn định, dẫn đến rã lưới Đây là một yêu cầu khắc nghiệt mà các cấu trúc điều khiển tuyến tính

đã bộc lộ nhược điểm khó đáp ứng trọn vẹn Đồng thời MĐKĐBNK

có stator nối trực tiếp với lưới nên khó điều khiển ở các chế độ vận hành phi tuyến như vậy

Những đóng góp của luận án

- Luận án là công trình khoa học đầu tiên áp dụng phương pháp thiết kế điều khiển phi tuyến passivity - based cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ 3 pha nguồn kép

- Luận án đã chỉ ra đặc điểm thụ động của MĐKĐBNK là cơ sở

để áp dụng thành công phương pháp thiết kế cấu trúc điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động cho véc tơ dòng rotor

- Luận án đã chỉ ra ưu thế của cấu trúc điều khiển PBC so với cấu trúc điều khiển tuyến tính deadbeat trong chế độ vận hành phi tuyến

xảy ra khi lưới sập (đối xứng) một phần dẫn đến điện áp đầu vào của

nghịch lưu phía lưới sụt giảm

Bố cục của luận án

Luận án gồm 5 chương, 114 trang (kể cả tài liệu tham khảo và phụ

lục), 55 tài liệu tham khảo, 82 hình vẽ và đồ thị

Chương 1 Tổng quan 1.1 Khái quát về hệ thống năng lượng gió và đối tượng nghiên cứu

- Trình bày tổng quan về sự phát triển của năng lượng gió

- Đối tượng nghiên cứu là hệ thống máy phát điện sức gió sử

dụng MĐKĐBNK

Hình 1.2 Các cấu trúc của hệ thống phát điện sức gió trong thực tiễn

Máy phát xoay

Máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu (hình 1.3)

Máy phát không đồng bộ

Máy phát không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc (hình 1.3)

Máy phát không đồng

bộ 3 pha nguồn kép (hình 1.4)

Hệ thống Phát điện sức gió

Máy phát xoay chiều

Máy phát một

chiều

Các kết quả mô phỏng ở trên đồng bộ cũng cho kết quả tương tự Qua kết quả mô phỏng thời gian thực cho các kết quả là trùng khớp với các kết quả đã được mô phỏng Offline

- Kết quả mô phỏng thời gian thực ở tốc độ định mức (n = 950 v/ph) cho bởi hình 5.36, ta thấy chất lượng của bộ điều chỉnh PBC đã được đảm bảo, thể hiện qua các giá trị thực của mô men, cosϕ và các

thành phần dòng điện rotor i rd và i rq luôn bám tốt giá trị đặt giống như kết quả mô phỏng Offline

- Kết quả mô phỏng khi xảy ra sập lưới 50%, khi sập lưới đưa mô men về m = 0Nm và cosϕ = 0.436 (sinϕ = 0.9) để giữ dòng irq nhằm phát công suất phản kháng lên lưới để bám lưới

Hình 5.36: Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (5)

5.2 Kết quả mô phỏng thời gian thực (Hardware - in - the - loop)

Kết quả mô phỏng ở tốc độ dưới đồng bộ (n = 850 v/ph); m =

-4Nm, cosϕ nhảy bậc từ 0.9 lên 1 sau đó nhảy về 0.7:

- Kết quả mô phỏng ở tốc độ dưới đồng bộ (n = 850 v/ph); mô

men nhảy từ m = -2Nm lên -4Nm, cosϕ = 0.7:

Hình 5.32: Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (1)

Hình 5.33: Đáp ứng mô men, cosϕ, dòng điện rotor của máy phát (2)

- Trình bày lý do việc lựa chọn phương pháp điều khiển cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK

Hình 1.6 Các phương pháp điều khiển máy phát MĐKĐBNK

Từ hình 1.6, cho thấy việc lựa chọn phương pháp điều khiển passivity - based hứa hẹn những kết quả mong đợi

1.2 Nguyên lý điều khiển của hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK

Cấu trúc điều khiển đầy đủ của hệ thống phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK, gồm có 3 thành phần chính sau đây:

- Điều khiển turbine

- Điều khiển phía lưới và phía máy phát

- Điều khiển crowbar hoặc stator switch

Các phương pháp

Phương pháp điều khiển phi tính

Phương pháp điều khiển tuyến tính [4, 11, 50, 51, 53]

Cuốn chiếu (Backstepping) [14, 15, 16, 17]

Tuyến tính hoá chính xác (Exact linearization) [1, 32, 52]

Phẳng (Plat) [2]

Tựa theo thụ động (Passivity

- based) (Mục tiêu của luận án)

1.3 Cấu trúc điều khiển hệ thống máy phát điện chạy sức gió sử

dụng MĐKĐBNK

Hình 1.10 Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện chạy sức gió sử

dụng MĐKĐBMK

1.4 Tổng quan các vấn đề đã được giải quyết, các vấn đề tồn tại

và giải pháp điều khiển

1.4.1 Các vấn đề đã được giải quyết bằng phương pháp điều

khiển tuyến tính

- Vấn đề phân ly giữa P và Q được thực hiện thông qua điều khiển

tách kênh 2 thành phần dòng điện rotor i rd và i rq nhờ vào việc bù các

thành phần liên kết ngang ωr i rd và ωr i rq [11, 51]

- Vấn đề tốc độ máy phát và tần số góc mạch rotor thay đổi ở chế

độ bình thường, các giải pháp mà phương pháp điều khiển tuyến tính

đã áp dụng cho đến nay đều coi tốc độ máy phát và tần số góc mạch

rotor là các đại lượng không đổi hoặc biến thiên chậm [11, 51, 53]

Bộ

= =

DSP

HS

MP

MĐN

u s

u N

NLMP

NLPL

MBA

i r

i s

n

i N

IE

3~

3~

So sánh tính bền vững của hệ thống giữa hai phương pháp điều khiển PBC và điều khiển tuyến tính:

- Kết quả phương pháp điều khiển PBC (Trường hợp sập điện áp lưới 50%)

- Kết quả phương pháp điều khiển tuyến tính

Theo [15], khi sập lưới 50% với bộ điều chỉnh dòng theo phương pháp điều khiển tuyến tính deadbeat thông thường, khi sập lưới m* nhảy từ -5Nm về 0Nm, sinϕ* = 0.9 (phát công suất Q), do biên độ dòng quá lớn, gây mất điều khiển, thể hiện trên hình 5.28

Với kết quả mô phỏng hình 5.28 và 5.29 cho thấy tính bền vững

của bộ điều chỉnh PBC khi xảy ra lỗi lưới bộ điều chỉnh đưa dòng i rd

về 0 và giữ dòng i rq để phát công suất vô công Q lên lưới nhằm hỗ trợ lưới về điện áp, các kết quả đã chỉ ra chất lượng của hệ thống đã được cải thiện so với phương pháp điều khiển tuyến tính [15]

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

t

Dap ung cosphi khi xay ra sap luoi 50%

cosphi*

cosphi

Hình 5.26: Đáp ứng m Hình 5.27ab: Đáp ứng cosϕ và dòng

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1

t

Dap ung mo men khi xay ra sap luoi 50%

m*

m

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3

t

Dap ung dong rotor khi xay ra sap luoi 50%

ird* ird

Hình 5.28: Đáp ứng dòng rotor

- Qua kết quả mô phỏng thấy tính cách ly giữa 2 đại lượng m và

cosϕ đảm bảo vì tại thời điểm t = 1,2s mô men có bước nhảy tương

đối lớn, nhưng tại thời điểm đó cosϕ chỉ bị dao động nhẹ sau đó trở

lại bám giá trị đặt Tương tự qua kết quả mô phỏng hình 5.13 và 5.15

cũng cho biết sự phân ly giữa 2 thành phần dòng được đảm bảo

Các kết quả mô phỏng ở trên đồng bộ (n = 1050v/ph) cho chất

lượng tương tự dưới đồng bộ

- Kiểm tra chất lượng của hệ thống khi thay đổi các giá trị mô

men và cosϕ ở tốc độ định mức:

-4

-3

-2

-1

0

1

t

Dap ung dong rotor

ird*

ird irq

Hình 5.21: Đáp ứng dòng i rd và i rq khi thay đổi giá trị

(s)

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

t

Dap ung momen khi m* va cosphi* thay doi (ndm=950v/ph)

m*

m

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

t

Dap ung cosphi khi m* va cosphi* thay doi (ndm=950v/ph)

cosphi*

cosphi

Hình 5.20: Đáp ứng mô men và cosϕ thay đổi theo giá trị đặt

1.4.2 Các vấn đề còn tồn tại

- Phương pháp điều khiển tuyến tính chưa quan tâm đến bản chất phi tuyến của MĐKĐBNK

- Khi thiết kế bộ điều khiển thì phương pháp tuyến tính coi tần số góc mạch rotor máy phát là biến thiên chậm, nên coi là hằng trong một chu kỳ trích mẫu, điều này không đúng khi xảy ra lỗi lưới sập (đối xứng) một phần điện áp lưới

- Khả năng bám lưới khi xảy ra lỗi lưới của hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính chưa cao

1.4.3 Giải pháp điều khiển

Từ những tồn tại của phương pháp điều khiển tuyến tính, đưa ra ra giải pháp điều khiển là sử dụng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động nhằm cải thiện chất lượng điều khiển hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK so với phương pháp điều khiển tuyến tính

Chương 2 Phương pháp điều khiển tựa theo thụ động 2.1 Nguyên lý điều khiển tựa theo thụ động

Phần này đưa ra những nguyên lý cơ bản nhất về điều khiển tựa theo thụ động:

- Hệ thụ động là hệ ổn định theo nghĩa Lyapunov

- Định nghĩa bài toán điều khiển tựa theo thụ động (Passivity Based Control - PBC) [9, 23, 44, 46, 47]

- Trình bày một số nguyên tắc của bài toán điều khiển thụ động

2.2 Hệ Euler - Lagrange

- Theo tài liệu [9] hệ thụ động là hệ không tự sinh ra năng lượng

và được định nghĩa trên cơ sở bảo toàn năng lượng (giữa năng lượng tiêu thụ và năng lượng đã cung cấp)

- Hệ Euler - Lagrange thụ động là hệ mà động học của chúng được

mô tả bởi các phương trình Euler - Lagrange (EL) và bản thân hệ thống không tự sinh ra năng lượng

2.3 Phương trình Euler - Lagrange

Xét một hệ động học có n bậc tự do, động học của hệ có thể được

mô tả bởi phương trình EL sau [5, 44, 45, 46, 47]:

d ( , ) ( , ) Q

dt



L x x L x x

x x (2.1) Trong đó x = (x1, x2, , xn)T là véc tơ trạng thái của hệ thống (hệ

tọa độ tổng quát), Q là lực tác động lên hệ thống, với Q ∈ Rn và

( , )x x

L được gọi là hàm Lagrange được định nghĩa như sau:

( , )L x x =K( , )x x −P( )x (2.2)

với K x x là hàm động năng và hàm này có dạng toàn phương ( , )

( , ) 1 ( )

2

T

=

x x x x x

K V (2.3)

n n

( ) Rx ∈ ×

( )x = T( ) 0x >

V V và ( )P x là hàm thế năng với giả thiết là bị chặn

dưới, nghĩa là tồn tại c ∈ R sao cho:

P( ) cx ≥ với ∀x ∈ Rn (2.4)

Lực tác động lên hệ thống có thể viết dưới dạng tổng quát sau:

∂ ( )

∂





F

x Bu n (2.6)

Từ (2.1) và (2.6) suy ra được:

d ( , ) ( , ) ( )

dt

+

Như vậy hệ EL được xác định bởi (2.2), (2.3) và (2.7) và được mô

tả bởi các tham số EL:

{K( , ), ( ), ( ),x x P x F x Bu ,Qn} (2.8)

Đến đây ta có thể hiểu xuất xứ của tên gọi hệ EL, chỉ đơn giản là

động học của hệ được mô tả bởi các phương trình EL

2.4 Các đặc tính của hệ EL

- Trình bày đặc điểm thụ động của hệ EL:

Qua kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều chỉnh đã điều khiển được

các dòng điện thành phần i rd và i rq đảm bảo i rd = 0 và i rq < 0, sau 0,09s (hình 5.9 do sau 0,03s mới tác động điều khiển) và ta thấy điện

áp pha của lưới và máy phát trùng nhau sau 0,09s (hình 5.10) Như vậy sau 0,12s là có thể thực hiện hoà đồng bộ máy phát lên lưới

- Kiểm tra chất lượng của hệ thống điều khiển khi hệ thống máy phát điện sức gió làm việc ở trên và dưới đồng bộ

Kết quả mô phỏng ở tốc độ dưới đồng bộ (n = 850v/ph)

- Kết quả mô phỏng mô men và hệ số công suất cosϕ ở hình 5.12

và 5.14 cho thấy khi có bộ điều chỉnh dòng phi tuyến PBC và các mạch điều khiển vòng ngoài mômen, ϕ (khâu PI), mô men thực và hệ

số công suất cosϕ thực đã bám các giá trị môn men và cosϕ đặt Cũng từ kết quả hình 5.13 và 5.15 cho thấy các thành phần dòng điện

rotor i rd và i rq cũng bám tốt các giá trị đặt khi các thành phần mô men

và ϕ thay đổi

Hình 5.12ab: Đáp ứng m và cosϕ Hình 5.13: Đáp ứng dòng

-5 -4.8 -4.6 -4.4 -4.2 -4 -3.8 -3.6 -3.4 -3.2 -3

t

Dap ung mo men

m*

m

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

t

Dap ung cosphi

cosphi*

cosphi

-4 -3 -2 -1 0 1

t

Dap ung dong rotor

ird* ird

-4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5

t

Dap ung mo men

m*

m

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

t

Dap ung cosphi

cosphi*

cosphi

-4 -3 -2 -1 0 1

t

Dap ung dong rotor irdq

ird* ird

Hình 5.14ab: Đáp ứng m và cosϕ Hình 5.15: Đáp ứng dòng

(s) (s)

(s)

t(s)

a) b)

a) b)

Chương 5 Kết quả mô phỏng 5.1 Kết quả mô phỏng Offline

- Kiểm tra khả năng khắc phục sai lệch tĩnh của bộ điều

chỉnh dòng (chưa có các bộ điều chỉnh vòng ngoài).

Kết quả mô phỏng với bộ điều chỉnh tựa theo EL hình

5.8a và bộ điều chỉnh kết hợp tựa theo EL và Hamilton

hình 5.8b:

Qua kết quả mô phỏng ở hình 5.8a và 5.8b, cho ta thấy khả năng

khử sai lệch tĩnh của bộ điều chỉnh PBC kết hợp hệ EL và Hamilton

là rất tốt

- Kiểm tra việc thực hiện hoà đồng bộ máy phát lên lưới

Hình 5.9: Đáp ứng dòng điện i rd

và i rq theo giá trị đặt

Hình 5.10: Đáp ứng điện áp pha stator máy phát và lưới

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

t

Dap ung dong rotor trong qua trinh hoa dong bo

ird*

ird

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 -400

-300 -200 -100 0 100 200 300 400

t

Dien ap luoi Dien ap stator

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

t

Dap ung dong rotor voi bo dieu chinh tua theo EL

ird*

ird

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -2.5

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

t

Dap ung bo dieu chinh dong rotor co khu sai lech tinh

ird*

ird

Hình 5.8a: Đáp ứng dòng rotor

với bộ điều chỉnh dòng PBC tựa

theo hệ EL

Hình 5.8b: Đáp ứng dòng rotor với bộ điều chỉnh dòng kết hợp

(s) (s)

Xét một hệ được ký hiệu là Σ có hàm tổng lưu giữ năng lượng

( , )x x

H (với giả thiết hàm H( , )x x xác định dương), véc tơ tín hiệu điều khiển u, tồn tại một véc tơ tín hiệu đầu ra y thoả mãn (2.11) và tạm coi như hệ thống không chịu tác động của nhiễu Như vậy tốc độ

cung cấp năng lượng cho hệ thống sẽ là yTu Hệ trên được gọi là thụ

động nếu:

∫y udt ≥ H −H (2.11)

Điều đó có nghĩa là Σ: u → y xác định một quan hệ thụ động bằng hàm lưu giữ tổng năng lượng H( , )x x

Ngoài ra nếu hệ thống được nhận năng lượng từ bên ngoài với tốc

độ cung cấp là uy T−δ0 y 2, với δ0 > 0 thì hệ thống được gọi là thụ động bị chặt đầu ra (ouput strictly passive - OSP) và công thức (2.11) ứng với trường hợp này sẽ có dạng:

T T T 2

0

∫y udt ≥ ∫ y dt H+ −H (2.12) Xét hệ phương trình EL, sau khi biến đổi suy ra:

( ) [T] - [0] +∫ T ∂ dt=∫ T dt

∂

x

x



F

Và từ phương trình trên ta có một số nhận xét sau [8, 9, 46]:

• Nếu u = 0 thì H 0 ≤ , năng lượng của hệ không tăng, vì vậy hệ

sẽ ổn định Lyapunov, H lúc này giữ vai trò như hàm Lyapunov

• Nếu hệ là thụ động chặt thì nó sẽ ổn định tiệm cận Lyapunov tại gốc toạ độ

• Nếu hệ là thụ động chặt thì nó sẽ là pha cực tiểu

• Nếu hệ là thụ động không chặt thì được gọi là pha cực tiểu yếu

Năng lượng

Năng lượng

Năng lượng cung cấp

• Ta thấy rằng tín hiệu suy giảm có thể được phun vào một cách

dễ dàng qua các trạng thái được tác động trực tiếp bởi tín hiệu điều

khiển nếu như các trạng thái đó có thể đo được

- Khả năng phân tích hệ EL thành các hệ thụ động con

- Đặc điểm bảo toàn hệ EL khi nối các hệ con với nhau

- Đặc điểm thụ động của hệ kín

- Một số giả thiết và định nghĩa khác của hệ EL

2.5 Đặc tính ổn định của hệ EL

Trình bày tính ổn định của hệ EL thể hiện qua các khái niệm hệ

suy giảm riêng và hệ suy giảm toàn phần

2.6 Kết luận chương 2

Chương 2 đã giải quyết được các vấn đề sau:

- Nghiên cứu khái quát được những nội dung cơ bản của phương

pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động

- Đánh giá khả năng có thể phân tích một hệ thụ động EL thành

các hệ thụ động con, cũng như bảo toàn tính thụ động khi nối các hệ

thụ động con với nhau

- Ngoài ra chỉ ra một số đặc tính ổn định của hệ Euler - Lagrange

Chương 3 Mô hình hệ thống điều khiển máy phát điện sức gió

3.1 Mô hình toán học phía máy phát và phía lưới

Phần này trình bày các vấn đề sau:

- Đưa ra mô hình toán học của phía máy phát sử dụng

MĐKĐBNK và phía lưới biểu diễn trên hệ trục toạ độ dq

- Xây dựng được cấu trúc điều khiển tổng quát phía máy phát và

phía lưới hệ thống PĐSG sử dụng MĐKĐBNK, thông qua các biến

điều khiển mô men mG, uDC và ϕ

3.2 Khả năng ứng dụng phương pháp passivity - based cho máy

phát không đồng bộ 3 pha nguồn kép

Phần này trình bày cơ sở lý luận để có thể ứng dụng phương pháp

điều khiển PBC cho máy phát không đồng bộ 3 pha nguồn kép:

4.9 Hoà đồng bộ máy phát lên lưới 4.10 Giải pháp điều khiển khi lỗi lưới 4.11 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng phía lưới

Sau khi tổng hợp được bộ điều chỉnh dòng rotor phía máy phát và phía lưới, kết hợp với hình 3.6, từ đó xây dựng được sơ đồ cấu trúc điều khiển toàn hệ thống theo phương pháp PBC như hình 4.10:

Hình 4.10 Hệ thống điều khiển phía lưới và phía máy phát trong hệ thống PĐSG sử dụng bộ điều chỉnh Passivity - Based

4.12 Kết luận chương 4

- Xây dựng được cấu trúc điều khiển theo phương pháp PBC có sự

kế thừa phát triển từ [11, 14, 15, 32, 51, 53]

- Tổng hợp được bộ điều chỉnh dòng PBC tựa theo hệ EL phía máy phát với sự tồn tại của sai lệch tĩnh (giả thiết thông số của máy phát bị sai khác với thông số khi thiết kế bộ điều chỉnh)

- Tổng hợp được bộ điều chỉnh dòng PBC kết hợp tựa theo hệ EL

và Hamilton phía máy phát có xét đến khử sai lệch tĩnh và các vấn đề

có liên quan như tính toán các giá trị đặt, hiệu chỉnh các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bộ điều chỉnh và giải pháp điều khiển khi xảy

ra lỗi lưới