Điều khiển tối ưu hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ với Tuabin kiểu trục ngang

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI TUABIN KIỂU TRỤC NGANG NGUYỄN THỊ THẮM THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI TUABIN KIỂU TRỤC NGANG Ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số: Học viên: NGUYỄN THỊ THẮM Người hướng dẫn khoa học: TS CAO XUÂN TUYỂN THÁI NGUYÊN, NĂM 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự – Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI TUABIN KIỂU TRỤC NGANG Học viên: Nguyễn Thị Thắm Lớp: TĐH- K11 Chuyên ngành: Tự động hóa Người HD khoa học: TS Cao Xuân Tuyển Ngày giao đề tài: 01/01/2010 Ngày hoàn thành: 30/8/2010 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN TS CAO XUÂN TUYỂN NGUYỄN THỊ THẮM DUYỆT BGH KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn công trình tổng hợp nghiên cứu Trong luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nêu phần tài liệu tham khảo trích dẫn Các số liệu kết mô thực hướng dẫn TS Cao Xuân Tuyển trung thực và chưa từng công bố bất kỳ công trình nào khác Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thắm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Mục lục Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các bảng………………………………………………………………… Danh mục các hì nh vẽ, đồ thị……………………………………………………… Mở đầu CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ 1.1 Đặt vấn đề .6 1.2 Khái quát loại hệ thống lượng gió và đối tượng nghiên cứu luận văn 1.2.1 Khái niệm lượng gió………………………………… 1.2.2 Cấu tạo tuabin phong điện .7 1.2.3 Công suất tuabin gió………………………………………….…………9 1.2.4 Nguyên lý hoạt động tuabin gió……………………………… 1.3 Khái quát hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng MĐĐB-KTVC……… 11 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CHẠY SỨC GIÓ SỬ DỤNG MĐĐB – KTVC 2.1 Cấu trúc điều khiển hệ thống PĐSG sử dụng MĐĐB- KTVC………………… 13 2.2 Mô hình toán học đối tượng MĐĐB-KTVC…………………………………… 14 2.2.1 Biểu diễn vector không gian các đại lượng pha……………………… 14 2.2.2 Mô hình trạng thái liên tục MĐĐB-KTVC………………………… 19 2.3 Hệ thống điều khiển góc cánh……………………………………………… 21 Hệ thống điều khiển phía máy phát………………………………………… 22 2.5 Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái theo phương pháp tuyến tính hoá xác…………………………………………………………………………………….23 2.6 Tổng hợp điều khiển PI (mạch vòng dòng điện, Udc)……………………29 2.6.1 Tổng hợp vòng điều chỉnh vector dòng startor………………………… 29 2.6.2 Tổng hợp vòng điều chỉnh tốc độ quay (UDC)……………………………30 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.7 Hệ thống điều khiển phía lưới………………………………………………… 31 2.7.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển phía lưới…………………………… ……31 2.7.2 Xây dựng mô hình dòng phía lưới…………………………… ……… 32 2.7.3 Thiết kế hệ thống điều khiển phía lưới………………………………… 37 CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT VÀ HIỆU SUẤT CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MĐĐB – KTVC 3.1 Bộ điều khiển MPPTP………………………………………………………….41 3.2 Bộ điều khiển từ thông máy phát………………………………………………45 3.3 Bộ điều khiển mờ MPPTL xác định công suất cực đại lấy từ gió phát lên lưới 49 CHƯƠNG 4: KIỂM CHỨNG HỆ THỐNG BẰNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 4.1 Tổng quan……………………………………………………………………… 53 4.1.1 Giới thiệu công cụ mô PLECS…………………………………… 53 4.1.2 Các tham số dùng cho mô ……………………………………… 54 4.2 Xây dựng khối mô Simulink PLECS…………………………55 4.2.1 Khối “DFIM Model”………………………………… ………………….56 4.2.2 Khối “Generator Side Controller”……………………………………… 59 4.2.3 Khối “Grid Side Controller”…………………………………………… 62 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Danh mục bảng Bảng Tên bảng Trang Bảng 3.1 Các luật điều khiển điều khiển mờ 45 Bảng 3.2 Các luật điều khiển điều khiển mờ ĐKTTMF 49 Bảng 3.3 Các luật điều khiển điều khiển mờ MPPTL 52 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình Tên hì nh Trang Hình 1.1 Cấu tạo phong điện tua bin trục ngang Hình 1.2 Tuốc bin gió với tốc độ cố định 10 Hình 1.3 Tuốc bin gió với tốc độ thay đổi có biến đổi nối trực tiếp stator lưới Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng kích thích Hình 1.4 nam châm vĩnh cửu (ĐB - KTVC) 10 11 Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng kích thích Hình 1.5 nam châm vĩnh cửu(ĐB-KTVC) có điện áp máy phát chỉnh 11 lưu đơn giản Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng kích thích nam châm vĩnh cửu(ĐB-KTVC) có điện áp máy phát chỉnh Hình 1.6 lưu có điều khiển tuỳ theo sức tiêu thụ nhờ nghịch lưu phía máy 12 phát Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng kích thích Hình 2.1 Hình 2.2 nam châm vĩnh cửu(ĐB-KTVC) Xây dựng vector không gian dòng stator từ đại lượng pha 13 14 Biểu diễn dòng điện stator dạng vector không gian hệ Hình 2.3 16 tọa độ  Hình 2.4 Vector dòng stator hệ tọa độ αβ, ab dq 17 Hình 2.5 Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian V 17 Hình 2.6 Hệ thống điều khiển góc cánh 22 Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phía máy phát 23 Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển chuyển trạng thái 28 Hình Sơ đồ cấu trúc vòng điều chỉnh dòng 29 29 Hình 2.10 Sơ đồ hai vòng điều chỉnh thay Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ quay ĐCĐB 30 Sơ đồ thay (cấu trúc hình 2.11) thiết kế khâu điều chỉnh tốc độ quay ĐCĐB Hình 2.13 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phía lưới 31 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý phía lưới 32 Hình 2.15 Sơ đồ tổng quát mạch điện phía lưới 33 Hình 2.16 Sơ đồ thay 34 Hình 2.17 Sơ đồ tối giản mạch điện phía lưới 34 Hình 2.18 Mô hình gián đoạn phía lưới 36 Hình 2.12 Cấu trúc điều khiển phía lưới hệ thống phát điện chạy sức Hình 2.19 gió sử dụng MĐĐB - KTVC Quan hệ P0, tốc độ máy phát, tốc độ gió hoạt động điều khiển mờ MPPTL, ĐKTTMF Hình 3.2 Sơ đồ khối điều khiển mờ MPPTP Hình 3.3 38 39 Hình 2.20 Sơ đồ cấu trúc khâu điều chỉnh dòng phía lưới Hình 3.1 32 41 42 Sơ đồ khối khâu mờ hoá, luật điều khiển, thiết bị hợp thành giải mờ điều khiển mờ MPPTP 43 Hình 3.4 Các giá trị biến đầu vào “SLCS” 43 Hình 3.5 Các giá trị biến đầu vào “LSLTD” 44 Hình 3.6 Các giá trị biến đầu “SLTD” 44 Hình 3.7 Phương thức tìm điểm làm việc có hiệu suất cực đại hệ thống 46 Hình 3.8 Sơ đồ khối điều khiển mờ từ thông máy phát ĐKTTMF 47 Hình 3.9 Sơ đồ khối khâu mờ hoá, luật điều khiển, thiết bị hợp thành giải mờ điều khiển mờ ĐKTTMF Hình 3.10 Các giá trị biến đầu vào “SLCS Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 48 http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.11 Các giá trị biến đầu vào “LSLD” 48 Hình 3.12 Các giá trị biến đầu “SLD” 49 Hình 3.13 Sơ đồ khối điều khiển mờ MPPTL 50 Hình 3.14 Các giá trị biến đầu vào “SLTD” 50 Hình 3.15 Các giá trị biến đầu “LSLCS” 51 Hình 3.16 Các giá trị biến đầu “SLCS” 51 Hình 4.1 Hình 4.2 Sơ đồ PLECS máy điện đồng kích thích vĩnh cửu Sơ đồ Simulink mô toàn hệ thống phát điện sức gió sử dụng MĐĐB - KTVC 53 55 Hình 4.3 Sơ đồ Simulink khối “DFIM Model” 56 Hình 4.4 Sơ đồ PLECS mô hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng MĐĐB-KTVC Sơ đồ PLECS mô hệ thống biến tần 57 Hình 4.5 (“Back to back converter”) 57 Hình 4.6 Sơ đồ PLECS nghịch lưu nguồn áp/chỉnh lưu 58 Hình 4.7 Sơ đồ Simulink mô khâu PLL 59 Hình 4.8 Sơ đồ Simulink mô hệ thống điều chỉnh phía máy phát (“Generator Side Controller”) 59 Sơ đồ Simulink khâu phản hồi trạng thái MĐĐB - KTVC Hình 4.9 60 Hình 4.10 Mẫu xung điều chế sơ đồ định nghĩa thời gian đóng ngắt van a,b Hình 4.10 Sơ đồ Simulink mô khâu ĐCVTKG (“SVPWM”) c Hình 4.11 Hình 4.12 Sơ đồ Simulink mô hệ thống điều chỉnh phía lưới (“Grid Side Controller”) Sơ đồ Simulink mô khâu điều chỉnh dòng phía lưới (Dead-beat Current Controller) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 61 62 63 63 data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI TUABIN KIỂU TRỤC NGANG Ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số: Học viên: NGUYỄN THỊ... phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI TUABIN KIỂU TRỤC NGANG Học viên: Nguyễn Thị Thắm Lớp: TĐH- K11 Chuyên... giản Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng kích thích nam châm vĩnh cửu(ĐB-KTVC) có điện áp máy phát chỉnh Hình 1.6 lưu có điều khiển tuỳ theo sức tiêu thụ nhờ nghịch lưu phía máy 12 phát