Mô hình hóa và mô phỏng cấu trúc điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép khi xảy ra lỗi lưới không đỗi xứng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN THẢO MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP KHI XẢY RA LỖI LƯỚI KHÔNG ĐỖI XỨNG 2012 MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH BẢNG vii DANH SÁCH HÌNH VẼ viii LỜI MỞ ĐẦU x 1.Tính cấp thiết đề tài x Mục đích đề tài x Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu xi Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiện xi Cấu trúc luận văn xi CHƢƠNG MÔ HÌNH HÓA LỖI LƢỚI ĐỐI XỨNG VÀ KHÔNG ĐỐI XỨNG 1.1 Một số khái niệm trạng thái làm việc không bình thƣờng lƣới điện 1.2 Mô hình hóa lỗi lƣới không đối xứng 1.2.1 Phép biến đổi hệ tọa độ 1.2.2 Phép biến đổi Park hệ thống ba pha không đối xứng 1.3 Mô hình hóa lỗi lƣới đối xứng 10 CHƢƠNG 12 MÔ HÌNH MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP 12 2.1 Đặt vấn đề 12 2.1.1.Cấu tạo máy phát không đồng nguồn kép: 13 2.1.2 Nguyên lý hoạt động MPKĐBNK 15 2.1.3 Phạm vi hoạt động MPKĐBNK 16 2.2 Mô hình toán máy phát không đồng nguồn kép 17 i CHƢƠNG 24 NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP 24 3.1 Tổng quan cấu trúc điều khiển MPĐKĐBNK 24 3.2 Cấu trúc điều khiển tuyến tính 25 3.2.1 Mô hình dòng rotor 25 3.2.2 Điều khiển cách ly công suất tác dụng P công suất kháng Q điều chỉnh dòng hai chiều 26 3.2.3 Các biến điều khiển công suất hữu công công suất phản kháng phía máy phát 28 3.3 Cấu trúc điều khiển phi tuyến 30 3.3.1 Cấu trúc điều khiển 31 3.3.2 Bộ điều khiển tựa thụ động 33 3.3.2.1 Tổng hợp điều chỉnh dòng ird 34 3.3.2.2 Tổng hợp điều chỉnh dòng irq 35 3.4 Các khâu tính toán giá trị thực đặt 37 3.5 Hòa đồng máy phát lên lƣới 39 3.5.1 Điều kiện tần số 39 3.5.2 Điều kiện trùng pha 41 3.5.3 Điều kiện trùng biên độ điện áp 42 3.6 Mô hình cấu trúc điều khiển phía lƣới 42 3.6.1 Mô hình phía lƣới 42 3.6.2 cấu trúc điều khiển phía lƣới 45 CHƢƠNG 48 MÔ PHỎNG MỘT SỐ CHẾ ĐỘ LỖI LƢỚI 48 4.1 Kết mô 48 4.1.1 Sơ đồ mô hệ thống máy phát điện sức gió 49 4.1.2 Các kết mô lỗi lƣới 55 4.1.2.1 Các kết mô chế độ làm việc bình thƣờng 56 4.1.2.2 Các kết mô hệ thống chế độ làm việc lỗi lƣới đối xứng 58 ii Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.1.2.3 Các kết mô hệ thống chế độ làm việc lỗi lƣới không đối xứng 60 4.2 Kết luận kiến nghị: 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 iii Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tác giả Ngoài tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn, số liệu kết mô phỏng, thực nghiệm đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang trung thực Thái nguyên, ngày 15 tháng 11 năm 2012 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Thảo iv Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Sau thời gian năm học tập nghiên cứu Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên đƣợc giao đề tài luận văn tốt nghiệp với nội dung: “Mô hình hóa mô cấu trúc điều khiển máy phát không đồng nguồn kép xảy lỗi lƣới không đỗi xứng” Với giúp đỡ ủng hộ thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp, gia đình nhƣ nỗ lực thân đến hoàn thành luận văn với đầy đủ nội dung đề tài Tuy nhiên, hạn chế kiến thức, tài liệu tham khảo trình độ ngoại ngữ, đồng thời thời gian nghiên cứu không dài nhƣ lĩnh vực tƣơng đối mẻ nên luận văn tránh khỏi thiếu sót định Tôi mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp quan tâm đến vấn đề để luận văn đƣợc hoàn chỉnh có ý nghĩa Tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hƣớng dẫn GS.TSKH.Nguyễn Phùng Quang trang bị kiến thức, dẫn dắt, bảo động viên tác giả hoàn thành luận văn Khoa đào tạo Sau đại học, thầy cô giáo, cán giảng dạy thuộc Khoa Điện Trƣờng Đại học KTCN Thái Nguyên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nhƣ nghiên cứu thực luận văn Toàn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình ngƣời thân quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Văn Thảo v Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT BBĐ Bộ biến đổi BĐK Bộ điều khiển CL Chỉnh lƣu DFIG Double fed induction generator ĐC Điều chỉnh ĐK Điều khiển J Mômen quán tính MP Máy phát MPKĐBNK Máy phát không đồng nguồn kép NL Nghịch lƣu PBC Passivity – Based Control TTGTĐ Tính toán giá trị đặt THD Total harmonic distortion zp Số cực đôi máy phát i rd ,i rq ,isd ,isq Các thành phần dòng điện rotor, stator hệ tọa độ dq i r ,i r Các thành phần dòng điện stator hệ tọa độ  u PBC , u rqPBC rd Các thành phần điện áp rotor đầu điều chỉnh tựa theo thụ động hệ tọa độ dq u rd , u rq , u sd , u sq Các thành phần điện áp rotor, stator hệ tọa độ dq Lm Điện cảm hỗ cảm stator rotor Lr  Lm  Lr Điện cảm rotor Ls  Lm  Ls Điện cảm stator Ls Điện cảm tản rotor Ls Điện cảm tản stator Rr Điện trở rotor Rs Điện trở stator mG Mômen máy phát u N , us , u r Vector điện áp phia lƣới, stator, rotor vi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH SÁCH BẢNG Bảng 4.1.1: Các thông số MPKĐBNK……………………………………… 48 vii Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH SÁCH HÌNH VẼ 1.1.1 Hình 1.1: Sơ đồ đấu dây điện áp stator ĐCDB ba pha 1.1.2 Hình 1.2:a, Biểu diễn đại lƣợng ba pha hệ trục tọa độ cố định b, biến đổi hệ trục  dq 2.1 Hình 2.1:Máy phát không đồng nguồn kép 13 2.1.1 Hình 2.2: Đặc tính mômen, tốc độ làm việc MPKĐBNK 14 2.1.2 Hình 2.3: Chiều dòng lƣợng qua MPKĐBNK chế độ 16 a Chế độ dƣới đồng ; b Chế độ đồng 2.1.3 Hình 2.4:Phạm vi hoạt động MPKĐBNK 17 2.2 Hình 2.5: Mô hình trạng thái liên tục ĐCDB 20 2.2 Hình 2.6: Mô hình trạng thái liên tục ĐCDB dƣới dạng ma trận 22 3.1 Hình 3.1: Các phƣơng pháp điều khiển MPKĐBNK 23 3.2.2 Hình 3.2: Đặc tính vector, áp, từ thông 26 3.2.3 Hình 3.3: Cấu trúc điều khiển phía máy phát 28 3.2.3 Hình 3.4: Hệ thống điều khiển phía MP sử dụng BĐK tuyến tính 29 3.3.1 Hình 3.5: Sơ đồ khối điều khiển phía máy phát 30 3.3.1 Hình 3.6: Cấu trúc điều khiển phía máy phát 32 3.3.2.2 Hình 3.7 Sơ đồ điều chỉnh thông số dòng thành phần irq tựa theo EL 36 3.3.2.2 Hình 3.8: Sơ đồ điều chỉnh thông số dòng thành phần irq tựa theo EL 36 3.5.2 Hình 3.9: Quan hệ vector thực hòa đồng 40 3.6 Hình 3.10 : (a) Mạch điện phía lƣới (b) sơ đồ tƣơng đƣơng 42 3.6 Hình 3.11: Sơ đồ cấu trúc điều khiển phía lƣới 45 viii Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.1.1 Hình 4.1: Sơ đồ mô toàn hệ thống 48 4.1.1 Hình 4.2: Khối lƣới, biến đổi máy phát không đồng pha 49 rotor dây quấn 4.1.1 Hình 4.3: Các khối mô bên lƣới, máy phát 50 biến đổi 4.1.1 Hình 4.4: Bộ biến đổi nghịch lƣu phía lƣới phía máy phát (back 50 to back converter) 4.1.1 Hình 4.5: Vòng điều khiển để tính toán giá trị mong 51 muốn i*rd i*rq 4.1.1 Hình 4.6: Khối tính toán giá trị dòng, áp, từ thông 52 4.1.1 Hình 4.7: Khối điều khiển dòng rotor có kể đến dự báo dòng, 52 hiệu chỉnh sai lệch 4.1.1 Hình 4.8: Khối tổng hợp điều khiển dòng giá trị 53 4.1.1 Hình 4.9: Khối hòa đồng 53 4.1.1 Hình 4.10: Khối điều khiển phía lƣới 54 4.1.2.1 Hình 4.11: Các kết mô hệ thống chế độ làm 56 việc bình thƣờng 4.1.2.2 Hình 4.12: Các kết mô hệ thống chế độ làm việc lỗi 58 lƣới đỗi xứng 4.1.2.3 Hình 4.13: Các kết mô hệ thống chế độ làm việc lỗi 60 lƣới không xứng ix Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 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 Mô hình toán máy phát không đồng nguồn kép 17 i CHƢƠNG 24 NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU CẤU TRÚC ĐIỀU KHI N MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP 24 3.1 Tổng quan cấu trúc điều. .. văn tốt nghiệp với nội dung: Mô hình hóa mô cấu trúc điều khi n máy phát không đồng nguồn kép xảy lỗi lƣới không đỗi xứng Với giúp đỡ ủng hộ thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp, gia đình nhƣ nỗ... biến điều khi n công suất hữu công công suất phản kháng phía máy phát 28 3.3 Cấu trúc điều khi n phi tuyến 30 3.3.1 Cấu trúc điều khi n 31 3.3.2 Bộ điều khi n