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

1 24 Luận án góp phần làm sáng tỏ chất phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (passivity - based) áp dụng để tổng hợp điều chỉnh dòng MPKĐBNK hệ thống máy phát điện sức gió là: Kiểm tra tính thụ động đối tượng máy phát điện khơng đồng pha nguồn kép từ áp dụng tổng hợp điều chỉnh dòng máy phát phương pháp tựa theo thụ động sở hệ thụ động EL Hamilton để cải thiện chất lượng tĩnh động hệ thống có kiểm chứng mô offline mô thời gian thực Kiến nghị: Với kết đạt được, luận án giải mặt lý thuyết trường hợp tải đối xứng cố sập (đối xứng) phần điện áp lưới Từ tác giả đề xuất hướng nghiên cứu nghiên cứu ảnh hưởng tải không đối xứng tới chất lượng điều khiển máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK khả bám lưới máy phát trường hợp lỗi lưới không đối xứng sử dụng phương pháp điều khiển phi tuyến Passivity - Based TÓM TẮT LUẬN ÁN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nhu cầu phát điện chạy sức gió Việt Nam ngày trở nên có tính thực tiễn cao, nguồn tài nguyên than phục vụ cho nhà máy nhiệt điện ngày cạn kiệt, thuỷ điện gần khai thác hết công suất nguồn nước sơng Việt Nam Ngồi nguồn lượng mặt trời giai đoạn nghiên cứu dừng lại công suất nhỏ, sức gió Việt Nam chưa khai thác nhiều Trong tương lai gần hệ thống lưới điện xuất chủ lưới (các công ty tư nhân, liên doanh nước) tham gia cung cấp điện cho tồn hệ thống Vì vậy, việc bám lưới xảy cố thông thường đòi hỏi cấp thiết cho hệ thống máy phát điện chạy sức gió Các phương pháp điều khiển tuyến tính chưa giải cách triệt để chế độ vận hành phi tuyến với yêu cầu chất lượng, bám lưới máy phát điện chạy sức gió Máy điện khơng đồng pha nguồn kép ứng dụng làm máy phát hệ thống phát điện chạy sức gió, nhờ khả điều khiển dịng lượng gián tiếp từ phía rotor thay trực tiếp stator Khi thiết bị điều khiển đặt phía rotor cần thiết kế 1/3 cơng suất tồn máy điện, cho phép hạ giá thành 1/3 so với loại máy điện khác Điều hấp dẫn mặt kinh tế, công suất máy ngày tăng, mặt phương pháp điều khiển có phần phức tạp Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu song chủ yếu theo phương pháp điều khiển kinh điển Ở nước ta, có Trung tâm Cơng nghệ cao ĐHBK Hà Nội có cơng trình nghiên cứu hướng từ lâu Vì vậy, việc thực việc nghiên cứu đảm bảo cho thành cơng luận án Việc tổng hợp thuật tốn điều khiển phi tuyến hứa hẹn cải thiện chất lượng điều khiển máy phát để phát triển khai thác triệt để nguồn lượng (sức gió) Việt Nam Chính tác giả chọn đề tài "Cải thiện chất lượng điều khiển máy phát không đồng nguồn kép dùng hệ thống phát điện chạy sức gió phương pháp điều khiển phi tuyến" luận án, tác giả nghiên cứu thuật toán điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity - Based) để giải vấn đề Mục đích nghiên cứu Tổng hợp điều chỉnh dịng rotor máy phát khơng đồng pha nguồn kép (MPKĐBNK) hệ thống máy phát điện sức gió 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 dịng tuyến tính Đối tượng phạm vi nghiên cứu Máy điện không đồng nguồn kép: Thực chất máy điện không đồng ba pha có rotor dây quấn (MĐKĐBNK) Hiện MĐKĐBNK sử dụng với vai trò động hệ truyền động Nhưng ý nghĩa MĐKĐBNK vai trị máy phát chạy sức gió ngày tăng - Đối tượng nghiên cứu luận án hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK Đây loại máy điện hứa hẹn hiệu kinh tế cao hệ thống - Phạm vi nghiên cứu luận án hạn chế việc khảo sát đặc điểm thụ động MĐKĐBNK để từ tổng hợp cấu trúc điều khiển tựa theo thụ động (Passivity - based Controll, PBC) điều khiển véc tơ dịng rotor, thích hợp với chế độ vận hành phi tuyến so với cấu trúc điều khiển tuyến tính kinh điển 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận án cơng trình khoa học 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 chế độ làm việc bình thường với tải đối xứng chế độ xảy cố lỗi (đối xứng) lưới sập phần điện áp, đóng góp thứ luận án Khi áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến Passivity Based, việc giải vấn đề mà phương pháp tuyến tính đề cập dao động điện áp lưới, dao động từ thông lỗi lưới, luận án cải thiện chất lượng dao động tốc độ máy phát, dao động tần số góc mạch rotor lỗi lưới (đối xứng) Đây đóng góp thứ luận án so với phương pháp điều khiển tuyến tính thơng thường nhằm tăng khả ứng dụng phương pháp điều khiển vào thực tiễn Đóng góp thứ luận án với kết mô lỗi lưới sập áp từ 10% đến 50%, điều khiển thực giảm mô men từ 0Nm, giữ phát công suất phản kháng Q lên lưới thơng qua giá trị dịng thành phần irq cosϕ (được thể hình từ 5.22 đến 5.27 từ hình 5.37 đến 5.39) chứng tỏ với điều chỉnh dòng sử dụng phương pháp tựa theo thụ động với thuật toán thiết kế tựa theo hệ EL Hamilton chất lượng làm việc đảm bảo như: Lúc thành phần dịng điện rotor bám giá trị đặt chúng với biên độ dao động nhỏ dòng định mức rotor ổn định Đặc biệt với kết mô sập lưới 50% từ hình 5.27, 5.28 5.39 với điều chỉnh Passivity - Based chứng tỏ chất lượng điều khiển MPKĐBNK hệ thống máy phát điện sức gió cải thiện so với phương pháp điều khiển tuyến tính (hệ thống điều khiển) 22 Hình 5.39: Đáp ứng mơ men, cosϕ, irdq (sập lưới 50%) Với cố sập điện áp lưới 50% (hình 5.39) qua kết qủa mơ thời gian thực cho thấy có dao động lớn, song sau ổn định khơng bị điều khiển, điều khẳng định lần (kết tương tự với mô Offline) chất lượng điều chỉnh PBC so với điều chỉnh tuyến tính (mất điều khiển) 5.3 Kết luận chương Chương đạt số vấn đề quan trọng sau: - Kiểm tra chất lượng điều chỉnh PBC có kể đến khử sai lệch tĩnh - Đánh giá chất lượng làm việc điều chỉnh PBC chế độ làm việc khác đặc biệt cho thấy chất lượng điều chỉnh PBC tốt so với điều chỉnh tuyến tính (mất điều khiển) chế độ sập lưới (đối xứng) 50% Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu lý luận phương pháp điều khiển phi tuyến passivity - based - Kiểm chứng mô Offline sở sử dụng phần mềm Matlab - Simulink - Plecs - Kiểm tra kết mô thời gian thực Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học đề tài chứng minh khả sử dụng phương pháp thiết kế điều khiển phi tuyến sở đặc điểm thụ động đối tượng điều khiển MĐKĐBNK Luận án giải thành công lý thuyết lẫn mô Offline mô thời gian thực - Ý nghĩa thực tiễn đề tài giúp đáp ứng yêu cầu quản trị lưới điện hệ thống phát điện chạy sức gió khơng phép tự cắt khỏi lưới xảy lỗi sập (đối xứng) lưới phần Việc tự cắt khỏi lưới gia tăng nguy gây ổn định, dẫn đến rã lưới Đây yêu cầu khắc nghiệt mà cấu trúc điều khiển tuyến tính bộc lộ nhược điểm khó đáp ứng trọn vẹn Đồng thời MĐKĐBNK có stator nối trực tiếp với lưới nên khó điều khiển chế độ vận hành phi tuyến Những đóng góp luận án - Luận án cơng trình khoa học 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 pha nguồn kép - Luận án đặc điểm thụ động MĐKĐBNK 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 ưu cấu trúc điều khiển PBC so với cấu trúc điều khiển tuyến tính deadbeat chế độ vận hành phi tuyến 21 xảy lưới sập (đối xứng) phần dẫn đến điện áp đầu vào nghịch lưu phía lưới sụt giảm Bố cục luận án Luận án gồm chương, 114 trang (kể tài liệu tham khảo phụ lục), 55 tài liệu tham khảo, 82 hình vẽ đồ thị Các kết mơ đồng cho kết tương tự Qua kết mô thời gian thực cho kết trùng khớp với kết mô Offline Chương Tổng quan 1.1 Khái quát hệ thống lượng gió đối tượng nghiên cứu - Trình bày tổng quan phát triển lượng gió - Đối tượng nghiên cứu hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK Hệ thống Phát điện sức gió Máy phát chiều Máy phát xoay chiều Máy phát xoay chiều pha Máy phát xoay chiều pha Máy phát đồng kích thích vĩnh cửu (hình 1.3) Máy phát khơng đồng Máy phát không đồng pha rotor lồng sóc (hình 1.3) Máy phát khơng đồng pha nguồn kép (hình 1.4) Hình 1.2 Các cấu trúc hệ thống phát điện sức gió thực tiễn Hình 5.36: Đáp ứng mơ men, cosϕ, dịng điện rotor máy phát (5) - Kết mô thời gian thực tốc độ định mức (n = 950 v/ph) cho hình 5.36, ta thấy chất lượng điều chỉnh PBC đảm bảo, thể qua giá trị thực mô men, cosϕ thành phần dịng điện rotor ird irq ln bám tốt giá trị đặt giống kết mô Offline - Kết mô xảy sập lưới 50%, sập lưới đưa mô men m = 0Nm cosϕ = 0.436 (sinϕ = 0.9) để giữ dịng irq nhằm phát cơng suất phản kháng lên lưới để bám lưới 5 20 5.2 Kết mô thời gian thực (Hardware - in - the - loop) - Kết mô tốc độ đồng (n = 850 v/ph); m = 4Nm, cosϕ nhảy bậc từ 0.9 lên sau nhảy 0.7: - Trình bày lý việc lựa chọn phương pháp điều khiển cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK Các phương pháp điều khiển MDBNK Phương pháp điều khiển tuyến tính [4, 11, 50, 51, 53] Cuốn chiếu (Backstepping) [14, 15, 16, 17] Hình 5.32: Đáp ứng mơ men, cosϕ, dịng điện rotor máy phát (1) - Kết mô tốc độ đồng (n = 850 v/ph); mô men nhảy từ m = -2Nm lên -4Nm, cosϕ = 0.7: Phương pháp điều khiển phi tính Tuyến tính hố xác (Exact linearization) [1, 32, 52] Phẳng (Plat) [2] Tựa theo thụ động (Passivity - based) (Mục tiêu luận án) 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 kết mong đợi 1.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK Cấu trúc điều khiển đầy đủ hệ thống phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK, gồm có thành phần sau đây: - Điều khiển turbine - Điều khiển phía lưới phía máy phát - Điều khiển crowbar stator switch Hình 5.33: Đáp ứng mơ men, cosϕ, dòng điện rotor máy phát (2) 19 1.3 Cấu trúc điều khiển hệ thống máy phát điện chạy sức gió sử dụng MĐKĐBNK So sánh tính bền vững hệ thống hai phương pháp điều khiển PBC điều khiển tuyến tính: - Kết phương pháp điều khiển PBC (Trường hợp sập điện áp lưới 50%) 1 m* m -3 0.5 -4 -5 0.2 -6 0.1 -6 0.5 3~ NLMP uDC HS = 3~ = MP ir iN DSP IE is n 1.5 t t(s) 2.5 Hình 5.26: Đáp ứng m -2 -3 0.3 -5 ird* irq* ird irq -1 irdq (A) -2 0.6 cosphi m (Nm) us 0.7 0.4 Bộ 0.8 -1 -4 NLPL cosphi* cosphi 0.9 MĐN uN Dap ung dong rotor xay sap luoi 50% Dap ung cosphi xay sap luoi 50% Dap ung mo men xay sap luoi 50% MBA -7 0.5 a) 1.5 t(s) t 2.5 0.5 b) 1.5 t(s) t 2.5 Hình 5.27ab: Đáp ứng cosϕ dịng - Kết phương pháp điều khiển tuyến tính Theo [15], sập lưới 50% với điều chỉnh dòng theo phương pháp điều khiển tuyến tính deadbeat thơng thường, sập lưới m* nhảy từ -5Nm 0Nm, sinϕ* = 0.9 (phát cơng suất Q), biên độ dịng lớn, gây điều khiển, thể hình 5.28 ird(A) 1.4 Tổng quan vấn đề giải quyết, vấn đề tồn giải pháp điều khiển 1.4.1 Các vấn đề giải phương pháp điều khiển tuyến tính - Vấn đề phân ly P Q thực thông qua điều khiển tách kênh thành phần dòng điện rotor ird irq nhờ vào việc bù thành phần liên kết ngang ωr.ird ωr.irq [11, 51] - Vấn đề tốc độ máy phát tần số góc mạch rotor thay đổi chế độ bình thường, giải pháp mà phương pháp điều khiển tuyến tính áp dụng coi tốc độ máy phát tần số góc mạch rotor đại lượng không đổi biến thiên chậm [11, 51, 53] irq(A) Hình 1.10 Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng MĐKĐBMK t(s) t(s) Hình 5.28: Đáp ứng dịng rotor Với kết mơ hình 5.28 5.29 cho thấy tính bền vững điều chỉnh PBC xảy lỗi lưới điều chỉnh đưa dòng ird giữ dòng irq để phát công suất vô công Q lên lưới nhằm hỗ trợ lưới điện áp, kết chất lượng hệ thống cải thiện so với phương pháp điều khiển tuyến tính [15] 18 - Qua kết mô thấy tính cách ly đại lượng m cosϕ đảm bảo thời điểm t = 1,2s mơ men có bước nhảy tương đối lớn, thời điểm cosϕ bị dao động nhẹ sau trở lại bám giá trị đặt Tương tự qua kết mơ hình 5.13 5.15 cho biết phân ly thành phần dòng đảm bảo Các kết mô đồng (n = 1050v/ph) cho chất lượng tương tự đồng - Kiểm tra chất lượng hệ thống thay đổi giá trị mô men cosϕ tốc độ định mức: Dap ung cosphi m* va cosphi* thay doi (ndm=950v/ph) Dap ung momen m* va cosphi* thay doi (ndm=950v/ph) 0.5 1.1 cosphi* cosphi m* m -0.5 0.9 cosphi -2 0.8 -2.5 0.7 -3 -3.5 0.6 -4 -4.5 0.5 0.5 1.5 t (s) 2.5 0.5 1.5 t (s) 2.5 Hình 5.20: Đáp ứng mơ men cosϕ thay đổi theo giá trị đặt Dap ung dong rotor ird* irq* ird irq ir q (A) d m (Nm) -1 -1.5 -1 -2 -3 -4 0.5 1.5 t (s) 2.5 Hình 5.21: Đáp ứng dòng ird irq thay đổi giá trị 1.4.2 Các vấn đề tồn - Phương pháp điều khiển tuyến tính chưa quan tâm đến chất phi tuyến MĐKĐBNK - Khi thiết kế điều khiển phương pháp tuyến tính coi tần số góc mạch rotor máy phát biến thiên chậm, nên coi chu kỳ trích mẫu, điều không xảy lỗi lưới sập (đối xứng) phần điện áp lưới - Khả bám lưới xảy lỗi lưới 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 tồn phương pháp điều khiển tuyến tính, đưa ra giải pháp điều khiển 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 Phương pháp điều khiển tựa theo thụ động 2.1 Nguyên lý điều khiển tựa theo thụ động Phần đưa nguyên lý điều khiển tựa theo thụ động: - Hệ thụ động hệ ổn định theo nghĩa Lyapunov - Định nghĩa toán điều khiển tựa theo thụ động (Passivity Based Control - PBC) [9, 23, 44, 46, 47] - Trình bày số nguyên tắc toán điều khiển thụ động 2.2 Hệ Euler - Lagrange - Theo tài liệu [9] hệ thụ động hệ không tự sinh lượng định nghĩa sở bảo toàn lượng (giữa lượng tiêu thụ lượng cung cấp) - Hệ Euler - Lagrange thụ động hệ mà động học chúng mô tả phương trình Euler - Lagrange (EL) thân hệ thống không tự sinh lượng 17 Qua kết mô cho thấy điều chỉnh điều khiển dòng điện thành phần ird irq đảm bảo ird = irq < 0, sau 0,09s (hình 5.9 sau 0,03s tác động điều khiển) ta thấy điện áp pha lưới máy phát trùng sau 0,09s (hình 5.10) Như sau 0,12s thực hồ đồng máy phát lên lưới - Kiểm tra chất lượng hệ thống điều khiển hệ thống máy phát điện sức gió làm việc đồng Kết mô tốc độ đồng (n = 850v/ph) 2.3 Phương trình Euler - Lagrange Xét hệ động học có n bậc tự do, động học hệ mơ tả phương trình EL sau [5, 44, 45, 46, 47]: d ⎛ ∂L( x, x) ⎞ ∂L(x, x) − =Q (2.1) ∂x dt ⎜ ∂x ⎟ ⎝ ⎠ Trong x = (x1, x2, , xn)T véc tơ trạng thái hệ thống (hệ tọa độ tổng quát), Q lực tác động lên hệ thống, với Q ∈ Rn L (x, x) gọi hàm Lagrange định nghĩa sau: L(x, x) = K (x, x) − P(x) (2.2) Dap ung cosphi Dap ung mo men -3 m* m -3.2 Như hệ EL xác định (2.2), (2.3) (2.7) mô tả tham số EL: (2.8) {K (x, x), P (x), F (x), Bu, Qn } Đến ta hiểu xuất xứ tên gọi hệ EL, đơn giản động học hệ mô tả phương trình EL 2.4 Các đặc tính hệ EL - Trình bày đặc điểm thụ động hệ EL: -3.4 0.8 (A) 0.6 -1 irdq cosphi -4 -4.2 ird* irq* ird irq -3.8 m (Nm) -3.6 -2 0.4 -4.4 -3 -4.6 0.2 -4.8 -5 -4 a) 1.5 2.5 t t(s) 3.5 0.5 1.5 b) t (s) 2.5 Dap ung mo men 3.5 1.5 cosphi* cosphi 0.9 -2 2.5 (s) 3.5 Dap ung dong rotor irdq m* m Hình 5.13: Đáp ứng dịng Dap ung cosphi -1.5 ird* irq* ird irq 0.8 (A) 0.7 -2.5 dongirdq cosphi 0.6 -3 0.5 0.4 -3.5 -1 -2 0.3 -3 0.2 -4 0.1 -4.5 0.6 t Hình 5.12ab: Đáp ứng m cosϕ m (Nm) với K (x, x) hàm động hàm có dạng toàn phương K ( x, x ) = x T V ( x ) x (2.3) V (x) ∈ R n×n : ma trận qn tính thoả mãn V (x) = V T (x) > P (x) hàm với giả thiết bị chặn dưới, nghĩa tồn c ∈ R cho: P (x) ≥ c với ∀x ∈ Rn (2.4) Lực tác động lên hệ thống viết dạng tổng quát sau: ∂F (x) Q=− + Bu + Qn (2.6) ∂x Từ (2.1) (2.6) suy được: d ⎛ ∂L(x, x) ⎞ ∂L (x, x) ∂F ( x) (2.7) − + = Bu + Qn ∂x ∂x dt ⎜ ∂x ⎟ ⎝ ⎠ Dap ung dong rotor cosphi* cosphi 0.8 a) 1.2 1.4 t (s) 1.6 1.8 0.6 -4 0.8 b) 1.2 1.4 t (s) Hình 5.14ab: Đáp ứng m cosϕ 1.6 1.8 0.6 0.8 1.2 1.4 t (s) 1.6 1.8 Hình 5.15: Đáp ứng dịng - Kết mô mô men hệ số công suất cosϕ hình 5.12 5.14 cho thấy có điều chỉnh dịng phi tuyến PBC mạch điều khiển vịng ngồi mơmen, ϕ (khâu PI), mơ men thực hệ số công suất cosϕ thực bám giá trị môn men cosϕ đặt Cũng từ kết hình 5.13 5.15 cho thấy thành phần dòng điện rotor ird irq bám tốt giá trị đặt thành phần mô men ϕ thay đổi 16 Chương Kết mô 5.1 Kết mô Offline - Kiểm tra khả khắc phục sai lệch tĩnh điều chỉnh dịng (chưa có điều chỉnh vịng ngồi) Kết mơ với điều chỉnh tựa theo EL hình 5.8a điều chỉnh kết hợp tựa theo EL Hamilton hình 5.8b: Dap ung dong rotor voi bo dieu chinh tua theo EL Năng lượng bên cung cấp 1.5 1 0.5 0.5 ird (A) q (A) Dap ung bo dieu chinh dong rotor co khu sai lech tinh 1.5 ird q Xét hệ ký hiệu Σ có hàm tổng lưu giữ lượng H (x, x) (với giả thiết hàm H (x, x) xác định dương), véc tơ tín hiệu điều khiển u, tồn véc tơ tín hiệu đầu y thoả mãn (2.11) tạm coi hệ thống không chịu tác động nhiễu Như tốc độ cung cấp lượng cho hệ thống yTu Hệ gọi thụ động nếu: T T (2.11) ≥ H (T) − H (0) ∫ y udt ird* irq* ird irq -0.5 -1 ird* irq* ird irq -1 -1.5 -1.5 -2 -2.5 -0.5 -2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t (s) 0.6 0.7 0.8 0.9 -2.5 Hình 5.8a: Đáp ứng dòng rotor với điều chỉnh dòng PBC tựa theo hệ EL 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t (s) 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 5.8b: Đáp ứng dòng rotor với điều chỉnh dòng kết hợp Điều có nghĩa Σ: u → y xác định quan hệ thụ động hàm lưu giữ tổng lượng H (x, x) Ngoài hệ thống nhận lượng từ bên với tốc độ cung cấp uy T − δ y , với δ0 > hệ thống gọi thụ động bị chặt đầu (ouput strictly passive - OSP) công thức (2.11) ứng với trường hợp có dạng: Dap ung dong rotor qua trinh hoa dong bo 400 0.5 300 100 (V) -1 Dien ap luoi Dien ap stator 200 u irdq (A) -0.5 -1.5 -100 -2 -200 -2.5 -300 -3 -3.5 0.05 0.1 0.15 t (s) 0.2 0.25 Hình 5.9: Đáp ứng dịng điện ird irq theo giá trị đặt T ird* irq* ird irq T -400 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 t (s) 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 5.10: Đáp ứng điện áp pha stator máy phát lưới T ∫ y udt ≥ Qua kết mô hình 5.8a 5.8b, cho ta thấy khả khử sai lệch tĩnh điều chỉnh PBC kết hợp hệ EL Hamilton tốt - Kiểm tra việc thực hoà đồng máy phát lên lưới Năng lượng lưu giữ hệ thống ∫ δ y dt + H (T) − H (0) Xét hệ phương trình EL, sau biến đổi suy ra: T T ∂F (x) H[T] - H[0] + ∫ xT dt = ∫ xT Budt 0 ∂x Năng lượng lưu giữ Năng lượng tiêu hao (2.12) (2.18) Năng lượng cung cấp Và từ phương trình ta có số nhận xét sau [8, 9, 46]: • Nếu u = H ≤ , lượng hệ khơng tăng, hệ ổn định Lyapunov, H lúc giữ vai trị hàm Lyapunov • Nếu hệ thụ động chặt ổn định tiệm cận Lyapunov gốc toạ độ • Nếu hệ thụ động chặt pha cực tiểu • Nếu hệ thụ động khơng chặt gọi pha cực tiểu yếu 10 • Ta thấy tín hiệu suy giảm phun vào cách dễ dàng qua trạng thái tác động trực tiếp tín hiệu điều khiển trạng thái đo - Khả phân tích hệ EL thành hệ thụ động - Đặc điểm bảo toàn hệ EL nối hệ với - Đặc điểm thụ động hệ kín - Một số giả thiết định nghĩa khác hệ EL 2.5 Đặc tính ổn định hệ EL Trình bày tính ổn định hệ EL thể qua khái niệm hệ suy giảm riêng hệ suy giảm toàn phần 2.6 Kết luận chương Chương giải vấn đề sau: - Nghiên cứu khái quát nội dung phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động - Đánh giá khả phân tích hệ thụ động EL thành hệ thụ động con, bảo tồn tính thụ động nối hệ thụ động với - Ngồi ra số đặc tính ổn định hệ Euler - Lagrange Chương Mô hình hệ thống điều khiển máy phát điện sức gió 3.1 Mơ hình tốn học phía máy phát phía lưới Phần trình bày vấn đề sau: - Đưa mơ hình tốn học phía máy phát sử dụng MĐKĐBNK phía lưới biểu diễn hệ trục toạ độ dq - Xây dựng cấu trúc điều khiển tổng quát phía máy phát phía lưới hệ thống PĐSG sử dụng MĐKĐBNK, thông qua biến điều khiển mô men mG, uDC ϕ 3.2 Khả ứng dụng phương pháp passivity - based cho máy phát không đồng pha nguồn kép Phần trình bày sở lý luận để ứng dụng phương pháp điều khiển PBC cho máy phát không đồng pha nguồn kép: 15 4.9 Hoà đồng máy phát lên lưới 4.10 Giải pháp điều khiển lỗi lưới 4.11 Tổng hợp điều chỉnh dòng phía lưới Sau tổng hợp điều chỉnh dịng rotor phía máy phát phía lưới, kết hợp với hình 3.6, từ xây dựng sơ đồ cấu trúc điều khiển toàn hệ thống theo phương pháp PBC hình 4.10: Hình 4.10 Hệ thống điều khiển phía lưới phía máy phát hệ thống PĐSG sử dụng điều chỉnh Passivity - Based 4.12 Kết luận chương - Xây dựng cấu trúc điều khiển theo phương pháp PBC có kế thừa phát triển từ [11, 14, 15, 32, 51, 53] - Tổng hợp điều chỉnh dòng PBC tựa theo hệ EL phía máy phát với tồn sai lệch tĩnh (giả thiết thông số máy phát bị sai khác với thông số thiết kế điều chỉnh) - Tổng hợp điều chỉnh dòng PBC kết hợp tựa theo hệ EL Hamilton phía máy phát có xét đến khử sai lệch tĩnh vấn đề có liên quan tính tốn giá trị đặt, hiệu chỉnh yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điều chỉnh giải pháp điều khiển xảy lỗi lưới 11 14 ω * a e * * ⎡3ird (k) −4ird (k −1) +ird (k −2)⎤ + i* (k) − r i* (k) − ψ '* (k) sd ⎣ ⎦ c rd rq 2T c c (4.55) Dd (ω) b * d * * * ⎡ird (k) −ird (k)⎤ −uId (k −1) − KIdird (k −1) − KIdird (k −1) + ωψ 'sq (k) + u (k) − ⎦ c c sd c ⎣ ω * * a* e PBC * * urq (k) = ⎡3irq (k) −4irq (k −1) +irq (k −2)⎤ + irq (k) + r ird (k) − ψ '* (k) sq ⎣ ⎦ c 2T c c (4.57) Dq (ω) b d * * * ⎡irq (k) −irq (k)⎤ −uIq (k −1) − KIqirq (k −1) − KIqirq (k −1) − ωψ '* (k) + usq (k) − sd ⎦ c c c ⎣ PBC urd (k) = 4.4 Khắc phục ảnh hưởng vùng giới hạn điện áp xử lý tín hiệu số đến chất lượng điều khiển 4.5 Tổng hợp điều chỉnh dịng phía máy phát có kể đến yếu tố ảnh hưởng Ở ta tổng hợp điều chỉnh dòng PBC kết hợp tựa theo hệ EL hệ Hamilon có kể đến dự báo dòng rotor giới hạn điện áp, hiệu chỉnh ngược sai lệch điều chỉnh: * ⎡4 * ⎤ PBC cu rd ( k + 1) = a ⎢ ird ( k ) − ird ( k − 1) + T T1 ( k ) ⎥ 3 ⎣ ⎦ * ⎡4 * ⎤ −ω r ( k + 1) ⎢ irq ( k ) − irq ( k − 1) + T T2 ( k ) ⎥ 3 ⎣3 ⎦ i* r (4.86) * sd R IPBC R IPBC : Bộ điều chỉnh dòng rotor theo phương pháp PBC (4.87) − eψ ' ( k + 1) − bω ( k + 1)ψ ' ( k + 1) + du ( k + 1) + T2 ( k + 1) * sq - ir PBC ur He (-) * − eψ '* ( k + 1) + bω ( k + 1)ψ '* ( k + 1) + du sd ( k + 1) + T1 ( k + 1) sd sq * ⎡4 * ⎤ PBC cu rq ( k + 1) = a ⎢ irq ( k ) − irq ( k − 1) + TT2 ( k ) ⎥ 3 ⎣ ⎦ * ⎡4 * ⎤ +ω r ( k + 1) ⎢ ird ( k ) − ird ( k − 1) + T T1 ( k ) ⎥ 3 ⎣3 ⎦ - Sau áp dụng hệ EL vào phương trình động học máy phát, ta thu phương trình: di ∂L L (ϑ ) ω i + Ri = M e u (3.58) L L (ϑ ) + dt ∂ϑ dψ (3.59) + Ri = M e u dt d L L (θ ) i (3.66) mG = iT dθ dψ r + Rr i r = ur (3.67) dt - Từ phương trình EL động học máy phát (3.58), (3.59), (3.66) (3.67), chứng tỏ MĐKĐBNK có đặc điểm thụ động Từ ta xây dựng sơ đồ nguyên lý cấu trúc điều khiển dựa đặc điểm thụ động MĐKĐBNK hình 3.8 * sq 4.6 So sánh cấu trúc điều chỉnh dòng PBC với điều chỉnh dịng tuyến tính Phần đánh giá so sánh cấu trúc điều chỉnh dòng phương pháp điều khiển PBC phương pháp điều khiển tuyến tính 4.7 Các điều chỉnh số cho mạch vòng điều khiển ngồi 4.8 Tính tốn giá trị thực giá trị đặt ω mG Hm (-) mW (sức gió) Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý cấu trúc điều khiển MĐKĐBNK theo phương pháp PBC Kết luận chương - Xây dựng mơ hình tốn học máy phát điện sức gió sử dụng máy phát điện khơng đồng pha nguồn kép - Xây dựng mơ hình tốn học phía lưới - Xây dựng cấu trúc điều khiển tổng quát toàn hệ thống 12 13 - Chỉ khả áp dụng phương pháp tựa theo thụ động để thiết kế điều khiển cho MĐKĐBNK Chương Cấu trúc điều khiển hệ thống máy phát điện sức gió theo phương pháp passivity - based 4.1 Xây dựng cấu trúc điều khiển phía máy phát theo phương pháp passivity - based Sau áp dụng thuật toán tựa theo thụ động vào máy phát sử dụng MĐKĐBNK, với tín hiệu điều khiển để làm hệ kín thụ động chặt (ổn định tiệm cận Lyapunov [8, 9, 46]): PBC u r = u* − D(ω )(i r - i* ) (4.24) r r D( ω ) = D = L2 m ω + d1 ; < ε ≤ Rr , d1 ≥ 4ε PBC Bộ điều chỉnh R I Tính ur* i* r sở hàm N.lượng mong muốn He* us ωr - MĐKĐBNK giảm D(ω) ir PBC ur u* r - He ω D (ω ) ir Hình 4.3 Hệ thống điều khiển máy phát (MĐKĐBNK) hệ thống PĐSG sử dụng điều chỉnh Passivity - Based 4.2 Tổng hợp điều chỉnh dòng rotor tựa theo hệ thụ động EL Từ (4.24) (3.14) suy điều chỉnh dòng rotor theo thành phần dq: PBC curd = - ψs Tính hệ số suy (4.25) Hm mG - mW (sức gió) ir Hình 4.2 Cấu trúc điều chỉnh véc tơ dịng PBC bao gồm khối chức Từ điều chỉnh dịng rotor (4.24) sơ đồ cấu trúc hình 4.1, ta cụ thể hố hình 4.2 Cấu trúc điều khiển tổng thể phía máy phát theo phương pháp PBC hình 4.3 (theo tài liệu [11, 14, 15, 32, 51, 53]) PBC cu rq = * dird * * * * + aird − ωr irq − eψ '* + bωψ '* + du sd − Dd (ω )(ird − ird ) (4.30) sd sq dt di* rq dt * * * * + airq + ωr ird − eψ '* − bωψ '* + dusq − Dq (ω )(irq − irq ) (4.34) sq sd 4.3 Tổng hợp điều chỉnh dòng rotor kết hợp tựa theo hệ thụ động EL Hamilton để khử sai lệch tĩnh Phần trình sở lý luận phương pháp thiết kế điều chỉnh dòng rotor kết hợp tựa theo hệ thụ động EL Hamilton để khử sai lệch tĩnh: Để tổng hợp điều chỉnh ta thực theo bước: - Thiết kế điều chỉnh dòng tựa theo hệ thụ động EL - Kết hợp với luật điều khiển tựa theo hệ Hamilton để xây dựng điều chỉnh dòng sở điều chỉnh dòng EL Bộ điều chỉnh dòng rotor dạng số: ... tài "Cải thiện chất lượng điều khiển máy phát không đồng nguồn kép dùng hệ thống phát điện chạy sức gió phương pháp điều khiển phi tuyến" luận án, tác giả nghiên cứu thuật toán điều khiển phi tuyến. .. tồn phương pháp điều khiển tuyến tính, đưa ra giải pháp điều khiển 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. .. lượng gió - Đối tượng nghiên cứu hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MĐKĐBNK Hệ thống Phát điện sức gió Máy phát chiều Máy phát xoay chiều Máy phát xoay chiều pha Máy phát xoay chiều pha Máy phát