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

VŨ THỊ YẾN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TỰ ĐỘNG HÓA TN 2011 NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN VŨ THỊ YẾN THÁI NGUYÊN 2011 Số hóa 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 ĐỘNG HÓA Học Viên : VŨ THỊ YẾN Người HD Khoa học: PGS.TS VÕ QUANG LẠP THÁI NGUYÊN – 2011 Số hóa 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 - Hạnh phúc - LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên Ngày tháng năm sinh Nơi sinh Nơi công tác Cơ sở đào tạo Chuyên ngành Khóa học : : : : : : : Vũ Thị Yến Ngày 25 tháng 02 năm 1984 Huyện Gia Lộc – Tỉnh Hải Dương Trường Đại Học Sao Đỏ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Tự động hóa 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 HỌC VIÊN PGS.TS Võ Quang Lạp BAN GIÁM HIỆU Vũ Thị Yến KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -1- Chuyên ngành tự động hoá 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 công tác 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 hƣớng dẫn PGS – TS Võ Quang Lạp công trình nghiên cứu riêng Tất tài liệu tham khảo đƣợc ghi danh mục tham khảo, không sử dụng tài liệu khác mà không đƣợc ghi danh mục Tôi xin cam đoan tất nội dung luận văn nhƣ đề cƣơng yêu cầu thầy giáo hƣớng dẫn Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Ngƣời cam đoan Vũ Thị Yến CBHDKH: PGS TS Võ Quang Lạp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN HVTH: Vũ Thị Yến http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hoá -2- LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng đƣợc giúp đỡ, hƣớng dẫn tận tình 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” đƣợc hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hƣớng dẫn PGS – TS Võ Quang Lạp tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Khoa sau đại học, thầy giáo, cô giáo khoa Điện - Trƣờng đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nhƣ trình nghiên cứu thực luận văn Toàn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình quan tâm động viên, giúp đỡ suốt trình học tập Tác giả Vũ Thị Yến CBHDKH: PGS TS Võ Quang Lạp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN HVTH: Vũ Thị Yến http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -3- Chuyên ngành tự động hoá MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƢỚC NGOÀI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG 10 MÁY PHÁT ĐIỆN 10 1.1 Chất lƣợng điện 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 điều tốc .20 2.1.1 Các thông số đặc trƣng điều tốc 20 2.1.2 Một số loại điều tốc 22 2.2 Một số hệ tự động ổn định tần số cho 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 điều tốc thuỷ điện .52 3.1.1 Các hệ điều khiển 52 3.1.2 Sơ đồ khối hệ truyền động 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 khâu hệ thống điều khiển 69 3.2.3 Tổng hợp hệ thống 72 3.3 Mô hệ thống .78 CBHDKH: PGS TS Võ Quang Lạp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN HVTH: Vũ Thị Yến http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -4- Chuyên ngành tự động hoá 3.3.1 Chọn xác định thông số 78 3.3.2 Tiến hành mô 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 Tính phi tuyến điều khiển vị trí 84 4.2.Tổng hợp hệ thống sử dụng điều khiển mờ thích nghi .85 4.2.1 Đặt vấn đề 94 4.2.2 Mô hình toán học điều khiển mờ 95 4.2.3 Xây dựng điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu song song 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113 CBHDKH: PGS TS Võ Quang Lạp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN HVTH: Vũ Thị Yến http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hoá -5- 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 điều tần thứ cấp 15 Hình 1-3 Sơ đồ cấu đo tần số a, biều đồ vectơ điện áp b 15 Hình 1-4 Đƣờng đặc tính tĩnh tuabin (1,2,3) phụ tải (1’,2’,3’) 17 Hình 1-5 Sơ đồ khối điều tốc 19 Hình 2-1 Nguyên lý làm việc máy điều tốc khí 23 Hình 2-2 Hệ thống điều khiển có máy phát tốc 23 Hình 2-3 Nguyên lý trình sản xuất điện nhà máy nhiệt điện 25 Hình 2-4 Sơ đồ mạch điều khiển áp suất chính 27 Hình 2-5 Sơ đồ mạch đầu vào điều khiển lò 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 32 Hình2-10 Sơ đồ mạch điều khiển Quạt khói 33 Hình 2-11 Sơ đồ mạch điều khiển mức nƣớc bao 34 Hình 2-12 Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ nhiệt 35 Hình 2-13 Cấu tạo tuabin gió 38 Hình 2-14 Sơ đồ hệ thống phát điện sức gió 39 Hình 2-15 Phân tích động học cánh gió 41 Hình 2-16 Góc điều khiển cánh gió 10 vị trí khác 43 Hình 2-17 Sơ đồ nguyên lý máy điều chỉnh tốc độ quay tuabin kiểu 44 hƣớng tâm Hình 2-18 Sơ đồ nguyên lý đơn giản hoá máy điều tốc tuabin kiểu 46 điện Hình 2-19 Hệ thống điều tốc máy phát điện dầu 47 Hình 2-20 Đồ thị công thị 47 CBHDKH: PGS TS Võ Quang Lạp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN HVTH: Vũ Thị Yến http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành tự động hoá -6- 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 điều tốc thuỷ điện 53 Hình 3-4 Sai số tải đƣợc tạo chiết áp điện trở tải đƣợc nối 54 contact trƣợt đầu dây điện trở Hình 3-5 Định hƣớng từ thông hệ toạ độ tựa theo từ thông ro- 55 tor(r,q) Hình 3-6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động KĐB thiết 57 bị biến tần Hình 3-7 Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều thyristor - động Hình 3-8 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai 59 58 mạch vòng kín Hình 3-9 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống điều chỉnh tốc độ 60 hai mạch vòng kín Hình 3-10 Đồ thị tốc độ quay dòng điện trình khởi động hệ 60 thống điều chỉnh tốc độ Hình 3-11 Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung 64 chiều Hình 3-12 Sơ đồ nguyên lý biến đổi PWM dạng H 65 Hình 3-13 Đồ thị điện áp biến đổi PWM dạng H 65 Hình 3-14 Sơ đồ khối 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 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 trí 76 Hình 3-21 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 78 Hình 3-22 Sơ đồ mô hệ điều khiển điều khiển PID 81 Hình 4-1 Quan hệ giƣ̃a   CBHDKH: PGS TS Võ Quang Lạp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 85 HVTH: Vũ Thị Yến http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật -7- Chuyên ngành tự động hoá Hình 4-2 Cấu trúc phƣơng pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 86 Hình 4-3 Cấu trúc phƣơng pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 87 Hình 4-7 Luật hợp thành tuyến tính 89 Hình 4-8 Quan hệ vào luật hợp thành tuyến tính 98 Hình 4-9 Sự hình thành ô suy luận từ luật hợp 92 Hình 4-10 Các vùng ô suy luận 92 Hình 4-11 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu K 93 Hình 4-12 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu 94 Hình 4-13 MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu hệ số tích 95 phân sai lệch đầu vào Hình 4-14 Sơ đồ khối mờ 96 Hình 4-15 Các luật hợp thành 96 Hình 4-16 Quan hệ vào điều khiển mờ 97 Hình 4-17 Các vùng ô suy luận 97 Hình 4-18 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu K 100 Hình 4-19 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu 101 Hình 4-20 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu hệ số tích phân sai 102 lệch đầu vào Hình 4-21 Sơ đồ khối mờ 103 Hình 4-22 Các luật hợp thành 107 Hình 4-23 Quan hệ vào điều khiển mờ 108 Hình 4-24 Sơ đồ mô so sánh chất lƣợng điều khiển PID điều 108 khiển mờ thích nghi Hình 4-25 Sơ đồ mô so sánh chất lƣợng điều khiển PID 110 điều khiển mờ thích nghi Hình 4-26 Các tín hiệu đầu tƣơng ứng với giá trị đặt khác 112 vị trí đặt đầu vào φđặt = 6V CBHDKH: PGS TS Võ Quang Lạp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN HVTH: Vũ Thị Yến http://www.lrc-tnu.edu.vn 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 ... 2.2 Một số hệ tự động ổn định tần số cho 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... 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 hƣớng dẫn PGS – TS Võ Quang Lạp công trình nghiên cứu riêng... 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