Nghiên cứu điều khiển công suất lò phản ứng VVER

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng tôi, không chép Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu danh mục tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên thực Trịnh Duy Anh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÕ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VVER – 1000 1.1 Tổng quan tình hình phát triển lò phản ứng hạt nhân .2 1.1.1 Vai trò lượng hạt nhân giới đại 1.1.2 Lịch sử phát triển lò phản ứng hạt nhân 1.2 Nguyên lý hoạt động lò VVER1000 .8 1.3 Một số đặc trưng lò VVER1000 11 1.3.1 Hệ thống tải nhiệt lò lò phản ứng .11 1.3.2 Lò phản ứng 11 1.4 Hệ thống điều khiển công suất lò VVER – 1000 .18 1.5 Kết luận 21 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT LÕ PHẢN ỨNG SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐỂ NÂNG/HẠ BÓ THANH ĐIỀU KHIỂN 22 2.1 Giới thiệu động không đồng ba pha 22 2.1.1 Tổng quát 22 2.1.2 Phương trình đặc tính động không đồng 23 2.1.3 Mô hình động không đồng không gian vector 25 2.2 Các phương pháp điều khiển động không đồng .28 2.2.1 Điều khiển tựa từ thông – FOC .29 2.2.2 Điều khiển trực tiếp momen – DTC 32 2.3 Xây dựng hệ thống điều khiển DTC cho động không đồng 37 2.3.1 Ước lượng từ thông stator momen .37 2.3.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ 38 2.4 Xây dựng hệ thống điều khiển công suất lò phản ứng hạt nhân 41 2.4.1 Tổng hợp mạch vòng điều khiển vị trí 41 2.4.2 Tổng hợp mạch vòng công suất 42 2.5 Mô hình mô vòng điều khiển công suất nhà máy điện nguyên tử 43 2.5.1 Mô hình mô 43 2.5.2 Kết mô 45 2.6 Kết luận 46 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT LÕ VVER1000 47 3.1 Tổng quan logic mờ .47 3.1.1 Khái niệm tập mờ .47 3.1.2 Các phép toán tập mờ .50 3.1.3 Biến ngôn ngữ giá trị 53 3.1.4 Luật hợp thành mờ 53 3.1.5 Giải mờ 60 3.2 Bộ điều khiển mờ động 62 3.2.1 Bộ điều khiển mờ theo luật I 62 3.2.2 Bộ điều khiển mờ theo luật PD .63 3.2.3 Bộ điều khiển mờ theo luật PI .63 3.3 Bộ điều khiển mờ điều khiển tốc độ động không đồng 64 3.3.1 Xây dựng điều khiển FLC cho cấu trúc DTC 65 3.3.2 Mô hệ thống hệ thống điều khiển nhà máy điện hạt nhân với điều khiển FLC 67 3.4 Kết luận 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sản lượng điện giới năm 2008 Hình 1.2.Sơ đồ giản lược nguyên lý chuyển hóa lượng lò VVER-1000 Hình 1.3 Hệ thống tải nhiệt lò phản ứng VVER-1000 11 Hình 1.4 Sơ đồ thiết kế lò VVER-1000 12 Hình 1.5 Cấu tạo vùng hoạt lò VVER-1000 13 Hình 1.6 Cấu trúc bó nhiên liệu lò VVER-1000 .14 Hình 1.7 Hệ thống điều khiển đặt nắp lò .15 Hình 1.8 Cấu tạo bình sinh lò VVER-1000 17 Hình 1.9 Vị trí điều khiển lò phản ứng 19 Hình 1.10 Vòng điều khiển công suất lò phản ứng 20 Hình 2.1 Động không đồng a) Rotor lồng sóc, b) Rotor dây quấn .22 Hình 2.2 Sơ đồ thay động không đồng .23 Hình 2.3 Đặc tính động không đồng 25 Hình 2.4 Đặc tính ĐC KĐB điều chỉnh tần số 29 Hình 2.5 Sơ đồ vector động không đồng hệ trục tọa độ     hệ trục tọa độ (d –q) .30 Hình 2.6 Mô hình động không đồng hệ trục tọa độ quay (d – q) rotor 31 Hình 2.7 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển tựa từ thông - FOC 32 Hình 2.8 Sơ đồ thay đổi góc tải 33 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC 34 Hình 2.10 Bộ điều khiển băng trễ a) Hai mức; b) Ba mức .34 Hình 2.11 Các sector phương pháp DTC .35 Hình 2.12 Sự thay đổi vector từ thông theo vector điện áp .36 Hình 2.13 Quỹ đạo từ thông stator 36 Hình 2.14 Sơ đồ DTC với vòng điều khiển tốc độ bên 39 Hình 2.15 Vòng điều chỉnh tốc độ 39 Hình 2.16 Mô hình điều khiển công suất lò phản ứng hạt nhân 41 Hình 2.18 Vòng điều khiển công suất 42 Hình 2.19 Mô hình hệ thống điều khiển công suất lò phản ứng hạt nhân .43 Hình 2.20 Khối ước lượng momen, từ thông xác định vị trí sector 44 Hình 2.22 Khối chuyển đổi tọa độ abc  αβ 44 Hình 2.23 Cấu trúc nghịch lưu 45 Hình 2.24 Đáp ứng công suất lò phản ứng hạt nhân 45 Hình 2.25 Đáp ứng vị trí 46 Hình 2.26 Đáp ứng tốc độ 46 Hình 3.1 Miền tin cậy miền xác định tập mờ .48 Hình 3.2 Hàm liên thuộc hình tam giác 49 Hình 3.3 Hàm liên thuộc dạng hình thang .50 Hình 3.4 Hàm liên thuộc Gauss .50 Hình 3.5 Phương pháp giải mờ cực đại 60 Hình 3.6 Phương pháp giải mờ điểm trọng tâm .61 Hình 3.7 Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển mờ theo luật I 63 Hình 3.8 Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển mờ theo luật PD 63 Hình 3.9 Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển mờ theo luật PI 64 Hình 3.10 Hệ thống điều khiển công suất nhà máy điện hạt nhân sử dụng điều khiển FLC 64 Hình 3.11 Các hàm liên thuộc biến đầu vào sai lệch E .65 Hình 3.12 Các hàm liên thuộc biến đầu vào vi phân sai lệch DE .65 Hình 3.13 Hàm liên thuộc biến đầu CONTROL 66 Hình 3.14 Mô luật hợp thành giải mờ Matlab/Simulink 67 Hình 3.15 Cấu trúc điều khiển DTC sử dụng điều khiển FLC 68 Hình 3.16 Bộ điều khiển tốc độ FLC .68 Hình 3.17 Đáp ứng công suất lò phản ứng sử dụng điều khiển PI điều khiển FLC momen tải không đổi 68 Hình 3.18 Đáp ứng công suất lò phản ứng sử dụng điều khiển PI điều khiển FLC momen tải thay đổi 69 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Số lượng phân bố nhà máy điện nguyên tử giới .4 Bảng 1.2 Thống kê số lượng chủng loại loại lò xây dựng giới Bảng 1.3 Thông số lò phản ứng VVER1000 .9 Bảng 2.1 Bảng lựa chọn vector điện áp 37 Bảng 3.1 Ký hiệu hàm liên thuộc đầu vào sai lệch 65 Bảng 3.2 Luật hợp thành 66 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ABWR Advanced Boiling Water Reactor VVER Voda-Vodyanoi Energrtichesky Reaktor PWR Pressurized Water Reactor BWR Boiled Water Reactor ĐC KĐB Động không đồng ba pha DTC Direct Torque Control PID Proportional Integral Derivative FLC Fuzzzy Logic Control LỜI MỞ ĐẦU Năng lượng điện hạt nhân đóng vai trò quan trọng nguồn cung cấp lượng cho nhân loại Cũng giống nhà máy thủy điện, nhà máy nhiệt điện việc điều khiển công suất cho nhà máy điện hạt nhân sinh đóng vai trò quan trọng Công suất lò phản ứng điều khiển thông qua hai phương pháp: cách nâng hạ bó điều khiển bên lò phản ứng thay đổi lưu lượng nước chảy qua tâm lò Luận văn nghiên cứu sử dụng động không đồng rotor lồng sóc để nâng hạ bó điều khiển để điều chỉnh công suất lò Luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan lò phản ứng hạt nhân VVER1000 Chương 2: Xây dựng hệ thống điều khiển công suất lò phản ứng sử dụng động không đồng để nâng/hạ bó điều khiển Chương 3: Xây dựng điều khiển mờ cho hệ thống điều khiển công suất lò VVER1000 Để hoàn thành luận văn em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Nguyễn Huy Phương tận tình hướng dẫn đưa ý kiến quý báu để em hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên thực Trịnh Duy Anh CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LÕ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VVER – 1000 Điện thông thường sản xuất nhà máy thủy điện nhiệt điện Nhà máy thủy điện sử dụng thủy làm quay tuabin để kéo máy phát quay, nhà máy thủy điện có công suất phụ thuộc nhiều vào lượng nước hàng năm tích vào hồ chứa Nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch sinh nhiệt làm nước bốc hơi, sử dụng nước để làm quay tuabin, nhà máy nhiệt điện đòi hỏi lượng nhiên liệu hóa thạch lớn để hoạt động thường gây ô nhiễm môi trường Nhà máy điện hạt nhân giải pháp quan trọng để khắc phục nhược điểm nhà máy nhiệt điện thủy điện Chỉ lượng nhỏ nhiên liệu hạt nhân, nhà máy điện hạt nhân sản xuất lượng điện lớn Trong chương luận văn nghiên cứu lịch sử phát triển hệ lò phản ứng hạt nhân cấu trúc, nguyên lý hoạt động lò phản ứng hạt nhân VVER1000 1.1 Tổng quan tình hình phát triển lò phản ứng hạt nhân 1.1.1 Vai trò lƣợng hạt nhân giới đại Các nhà khoa học dự báo, kỷ 21 người chưa cần lo lắng việc cạn kiệt nguồn lượng hóa thạch Trữ lượng dầu mỏ giới khoảng 140 tỷ tấn, trữ lượng than đá khoảng 15000 tỷ trữ lượng khí đốt khoảng 600000 m3 Nhưng tác hại đến môi trường việc sử dụng nguồn lượng hóa thạch vấn đề toàn cầu Sản phẩm trình đốt cháy nhiên liệu có nguồn gốc hữu thải trực tiếp vào bầu khí Trong số có nhiều chất thải tồn dạng khí, quan trọng CO Mỗi năm chất thải từ nhiên liệu hóa thạch đưa thêm 25 tỉ CO2 vào khí Các nhà khoa học thừa nhận, việc gia tăng khí CO2 nguyên nhân trực tiếp gây lên tượng nóng lên trái đất Các nước phát triển với gánh nặng dân số phát triển kinh tế, nên có nhu cầu sử dụng điện lớn Hơn nữa, yếu tố quan trọng nguồn lượng phải rẻ tiền không phụ thuộc nhiều vào nước giàu tài nguyên lượng Với lý trên, đòi hỏi tìm nguồn lượng thay nguồn lượng hóa thạch yêu cầu cần thiết Con người cần đưa vào sử dụng gấp công nghệ lượng mới, tạo khí thaỉ lượng mặt trời, lượng gió, địa nhiệt,…Nhưng thực tế nghiên cứu cho thấy, khả thay nguồn lượng thời gian tới hạn chế Giống nguồn lượng thay hướng tới, lượng hạt nhân không tạo khí thải tác động đến khí hậu trái đất, giải pháp đáp ứng cách ổn định nhu cầu lượng khổng lồ người Hiện nay, có khoảng 430 lò phản ứng hạt nhân thương mại hoạt động 31 nước với công suất 370000MW Khoảng 70 lò phản ứng hạt nhân xây dựng Các nhà máy điện hạt nhân cung cấp 13.4% sản lượng điện giới cách liên tục , không gây phát thải khí CO2 Hình 1.1 Sản lƣợng điện giới năm 2008 Có 16 nước phụ thuộc vào lượng hạt nhân để sản xuất phần tư sản lượng điện đất nước Pháp sản xuất khoảng ba phần tư điện từ lượng hạt nhân, Bỉ, Cộng hòa Czech, Hungary, Slovakia, Thụy Điển, Thụy Sỹ, Slovenia Ukraina sản xuất phần ba Hàn Quốc, Bungari Phần Lan thường có 30% điện từ lượng hạt nhân; Hoa Kỳ, Anh, Tây Ban Nha Liên Bang Nga có gần phần năm điện từ lượng hạt nhân Nhật Bản dựa vào lượng hạt nhân với phần tư sản lượng điện dự kiến quay trở lại mức Bây nghiên cứu thuật toán xây dựng luật hợp thành R theo loại Luật hợp thành có cấu trúc SISO Xét luật hợp thành SISO sau: R : NẾU   A THÌ   B Trước tiên hai hàm liên thuộc  A ( x) B ( y) phải rời rạc hóa với tần số rời rạc đủ nhỏ để không bị thông tin Chẳng hạn n điểm mẫu x1 , x2 , , xn tập A m điểm mẫu y1 , y2 , , ym tập B ta định nghĩa vector sau  TA    A ( x1 ),  A ( x2 ), ,  A ( xn )  (3.8a) BT   B ( y1 ), B ( y2 ), , B ( ym )  (3.8b) Khi luật hợp thành R biểu diễn ma trận phép nhân hai vector sau n m xác định R   A BT (3.9) Trong áp dụng quy tắc MAX – MIN phép nhân phải thay phép lấy cực tiểu, áp dụng quy tắc MAX – PROD thực phép nhân bình thường Luật hợp thành có cấu trúc MISO Xét luật hợp thành MISO có d mệnh đề điều kiện sau R : NẾU 1  A1 VÀ   A2 VÀ …VÀ  d  Ad THÌ   B Nó gồm d biến ngôn ngữ đầu vào 1 ,  , ,  d biến ngôn ngữ đầu  Việc mô hình hóa giống việc mô hình hóa mệnh đề hợp thành có điều kiện, liên kết VÀ mệnh đề điều kiện (hay giá trị mờ) thực phép giao tập mờ A1 , A2 , , Ad với Kết phép giao độ thỏa mãn H Thuật toán xây dựng luật hợp thành R sau  Rời rạc hóa miền xác định hàm liên thuộc  A ( x1 ),  A ( x2 ), ,  A ( xd ), B ( y) mệnh đề điều kiện mệnh đề kết d luận  Xác định độ thỏa mãn H cho vector giá trị rõ đầu vào vector tổ hợp d điểm mẫu thuộc miền xác định hàm liên thuộc  A  xi  với i i  1, 2, , d 57  Lập R gồm hàm liên thuộc giá trị mờ đầu cho vector giá trị đầu vào theo nguyên tắc: B ( y)  H , B ( y) sử dụng quy tắc MAX – MIN B ( y)  H B ( y) sử dụng quy tắc MAX – PROD Không giống luật hợp thành có cấu trúc SISO, luật hợp thành R có cấu trúc MISO với d mệnh đề điều kiện biểu diễn dạng ma trận mà biểu diễn dạng lưới không gian d+1 chiều Nguyên nhân chỗ tập mờ đầu vào A1 , A2 , , Ad nói chung tập nền, nên qua phép giao tập mờ tập mờ thu định ngĩa tập tích Đecac d tập cho Luật hợp thành kép có cấu trúc SISO Xét luật hợp thành SISO có p mệnh đề hợp thành sau R1 : NẾU   A1 THÌ   B1 R2 : NẾU   A2 THÌ   B2 R p : NẾU   Ap THÌ   Bp Trong tập mờ Ak có tập X tập mờ Bk có tập Y, với k  1, 2, , p Gọi hàm liên thuộc Ak Bk  A ( x) B ( y) , với k  1, 2, , p k k Thuật toán xây dựng luật hợp thành R  R1  R2   Rp sau  Rời rạc X n điểm x1 , x2 , , xn Y m điểm y1 , y2 , , ym  Xác định vector  A  B theo công thức sau k k  A    A ( x1 ),  A ( x2 ), ,  A ( xn )  k k k k  B    B ( y1 ),  B ( y2 ), ,  B ( ym )  k k k k Tức Fuzzy hóa điểm rời rạc hai tập X Y  Xác định luật hợp thành cho mệnh đề hợp thành thành phần: Rk   Ak BTk   rijk  với i  1, 2, , n j  1, 2, , m 58 (3.10) Trong phép nhân thay phép lấy cực tiểu ta sử dụng công thức MAX – MIN  Xác định luật hợp thành mô hình   R  R1  R2   Rp  max R1 , R2 , , Rp   max rijk (3.11) Khi xây dựng luật hợp thành mờ ta cần ý: mệnh đề nên mô hình hóa thống theo quy tắc chung, chẳng hạn theo quy tắc MAX – MIN hay quy tắc MAX – PROD…Khi luật hợp thành (luật điều khiển) Rk có tên chung luật hợp thành MAX – MIN hay luật hợp thành MAX – PROD Tên chung tên gọi luật hợp thành R mô hình Luật hợp thành SUM – MIN SUM – PROD Phần mô tả phương pháp xây dựng luật hợp thành chung R cho tập gồm nhiều mệnh đề hợp thành thành phần Rk phép HOẶC (phép hợp): R  R1  R2   Rp Công thức sử dụng phép lấy MAX luật hợp thành R có tên gọi luật hợp thành MAX – MIN MAX – PROD Việc sử dụng phép lấy MAX nói tính chất thống kê Chẳng hạn đa số mệnh đề Rk có giá trị đầu giá trị lớn nên bị kết chung Một cách khắc phục nhược điểm thay việc sử dụng phép lấy MAX, ta sử dụng phép SUM để tính phép hợp  p  p R  1,  Rk    Rk  k 1  k 1 (3.12) Do công thức lấy tổng tất Rk mệnh đề hợp thành nên luật hợp thành theo liên kết Lukasiewicz nói có tên gọi luật hợp thành SUM – MIN hay SUM – PROD thay MAX – MIN hay MAX – PROD Thuật toán triển khai luật hợp thành R theo quy tắc SUM – MIN hay SUM – PROD bao gồm bước triển khai R quy tắc MAX – MIN hay MAX – PROD đề cập 59 3.1.5 Giải mờ Giải mờ trình xác định giá trị rõ y chấp nhận từ hàm liên thuộc B ( y) tập mờ B (định nghĩa tập Y) Có hai phương pháp giải mờ phương pháp cực đại phương pháp điểm trọng tâm Phƣơng pháp cực đại Giải mờ theo phương pháp điểm cực đại gồm hai bước:  Xác định miền chứa giá trị rõ y Giá trị rõ y giá trị mà hàm liên thuộc đạt giá trị cực đại (độ cao H tập mờ B ), tức miền G   y  Y |  B ( y )  H   Xác định giá trị rõ chấp nhận từ G Để thực bước hai có ba nguyên lý: - Nguyên lý trung bình Nguyên lý cận trái Nguyên lý cận phải  y1  inf ( y ) yG  Nếu ta ký hiệu  y)  y2  sup( yG Thì y1 điểm cận trái y2 điểm cận phải Hình 3.5 Phƣơng pháp giải mờ cực đại Nguyên lý trung bình Theo nguyên lý trung bình giá trị rõ y là: y  y1  y2 Nguyên lý thường thực G hàm liên thông y giá trị có độ phụ thuộc lớn 60 Nguyên lý cận trái Gía trị rõ y lấy cận trái y1 G: y1  inf ( y) Gía trị rõ lấy theo yG nguyên lý cận trái phụ thuộc tuyến tính vào đáp ứng vào luật điều khiển định Nguyên lý cận phải Gía trị rõ y lấy cận phải y2 G: y2  sup( y) Gía trị rõ lấy yG theo nguyên lý cận phải phụ thuộc tuyến tính vào đáp ứng vào luật điều khiển định Phƣơng pháp điểm trọng tâm Phương pháp điểm trọng tâm cho kết y hoành độ điểm trọng tâm miền bao trục hoành đường B ( y) Hình 3.6 Phƣơng pháp giải mờ điểm trọng tâm Công thức xác định y theo phương pháp điểm tâm sau: y   y B ( y )dy S  B ( y )dy (3.13) S Trong S miền xác định tập mờ B Công thức cho phép tính giá trị y với độ xác cao có mặt tất luật mờ đầu luật điều khiển, nhiên lại không để ý đến độ thỏa mãn luật điều khiển định thời gian tính toán lâu Ngoài giá trị y  tính Vì để tránh trường hợp này, định nghĩa hàm liên thuộc cho tập mờ biến ngôn ngữ nên ý để cho miền xác định giá trị mờ đầu miền liên thông 61 3.2 Bộ điều khiển mờ động Trong kỹ thuật điều khiển kinh điển, điều khiển PID biết đến giải pháp đa có miền ứng dụng lớn Bộ điều khiển mờ theo luật PID thiết kế theo thuật toán: - Thuật toán chỉnh định PID mờ - Thuật toán PID tốc độ Bộ điều khiển mờ thiết kế theo thuật toán chỉnh định PID có đầu vào gồm sai lệch ET tín hiệu chủ đạo tín hiệu Đạo hàm DET sai lệch tích phân IET sai lệch Đầu điều khiển mờ tín hiệu điều khiển u(t) Mô hình toán học PID theo thuật toán chỉnh định có dạng: t   d u (t )  K  ET   ETdt  TD ET  TI dt   (3.14) Với thuật toán PID tốc độ, điều khiển PID có đầu vào, sai lệch ET tín hiệu đầu vào với tín hiệu chủ đạo, đạo hàm bậc DET1 đạo hàm bậc hai DET2 sai lệch Đầu hệ mờ đạo hàm du tín hiệu điều khiển u(t) Bộ dt điều khiển PID theo thuật toán tốc độ có mô hình: d  du d2  K  ET  ET  ET  dt T1 (dt )  dt  (3.15) Do thực tế, thường có hai thành phần (3.14) (3.15) bỏ qua, nên thay thiết kế điều khiển PID hoàn chỉnh, người ta lại thường tổng hợp điều khiển PI với mô hình: t   u (t )  K  ET   ETdt  TI   d  du  K  ET  ET  dt TI  dt  (3.16) d  du d2  K  ET  ET  dt (dt )  dt  (3.17) điều khiển PD với mô hình: u (t )  K ( ET  TD d ET ) dt 3.2.1 Bộ điều khiển mờ theo luật I Một điều khiển mờ theo luật I thường thiết kế từ điều khiển mờ theo luật P (bộ điều khiển mờ tuyến tính) cách mắc nối tiếp khâu tích phân kinh điển trước sau khối mờ Do tính phi tuyến hệ mờ, nên việc mắc khâu tích phân trước hay sau hệ mờ hoàn toàn khác Ở phần khâu tích phân mắc đầu hệ mờ 62 Hình 3.7 Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển mờ theo luật I 3.2.2 Bộ điều khiển mờ theo luật PD Theo (3.17) mắc nối tiếp đầu vào điều khiển mờ theo luật tỷ lệ khâu vi phân có điều khiển mờ theo luật PD Thành phần điều khiển mờ giống điều khiển điều khiển theo luật PD thông thường bao gồm sai lệch tín hiệu chủ đạo tín hiệu hệ thống ET đạo hàm sai lệch DET Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng xác với biến đổi lớn sai lệch theo thời gian Hình 3.8 Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển mờ theo luật PD 3.2.3 Bộ điều khiển mờ theo luật PI Bộ điều khiển mờ theo luật PI thường sử dụng để triệt tiêu sai lệch tĩnh hệ thống Bộ điều khiển PI mờ thiết kế sở điều khiển PD mờ cách mắc nối tiếp đầu điều khiển PD mờ khâu tích phân 63 Hình 3.9 Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển mờ theo luật PI 3.3 Bộ điều khiển mờ điều khiển tốc độ động không đồng Hệ thống điều khiển công suất nhà máy điện hạt nhân gồm vòng điều khiển công suất, hai vòng điều khiển bên điều khiển vị trí điều khiển tốc độ Đáp ứng vòng tốc độ đóng vai trò quan trọng hai vòng điều khiển bên ngoài, vòng tốc độ bên đáp ứng ổn định vòng bên có đáp ứng bám theo giá trị đặt mong muốn Sơ đồ sử dụng vòng điều khiển tốc độ với điều khiển PID cần biết thông số động để tổng hợp điều khiển, điều khiển thông thường PID thường hay nhạy với biến động tải thay đổi thông số đối tượng Vì thế, phần luận văn đề xuất cấu trúc điều khiển công suất nhà máy điện hạt nhân sử dụng điều khiển logic mờ FLC cho vòng điều khiển tốc độ Cấu trúc hệ thống điều khiển điều khiển công suất nhà máy điện hạt nhân sử dụng điều khiển FLC đưa hình 3.10 Hình 3.10 Hệ thống điều khiển công suất nhà máy điện hạt nhân sử dụng điều khiển FLC 64 3.3.1 Xây dựng điều khiển FLC cho cấu trúc DTC Bộ điều khiển mờ FLC cấu trúc điều khiển DTC sử dụng luật PI có cấu trúc hình 3.9 với hai đầu vào sai lệch e vi phân sai lệch de, đầu tín hiệu lượng đặt cho momen Đầu vào sai lệch mờ hóa hàm liên thuộc NM, ZE, PM đưa bảng 3.1 Bảng 3.1 Ký hiệu hàm liên thuộc đầu vào sai lệch Ký hiệu NM Từ tiếng Anh Negative Medium Từ tiếng Việt Âm ZE PM Zero Error Positive Medium Không Dương Đầu vào vi phân sai lệch mờ hóa hàm liên thuộc NM, ZE PM Các hàm liên thuộc biến đầu đưa hình 3.11 3.12: Hình 3.11 Các hàm liên thuộc biến đầu vào sai lệch E Hình 3.12 Các hàm liên thuộc biến đầu vào vi phân sai lệch DE Đầu tín hiệu điều khiển mờ hóa hàm liên thuộc NM, ZE PM ký hiệu bảng 3.1 Các hàm liên thuộc đưa hình 3.13: 65 Hình 3.13 Hàm liên thuộc biến đầu CONTROL Bộ điều khiển FLC xây dựng dựa luật điều khiển PI luật điều khiển đơn giản, dễ thực Luật hợp thành xây dựng dựa nguyên tắc: trạng thái hệ thống nằm xa trạng thái cân cần có tác động điều khiển lớn để hệ tiến trạng thái cân Nhưng gần đến trạng thái cân phải giảm tác động điều khiển để giảm độ điều chỉnh hệ thống Khi sai lệch âm đạo hàm sai lệch âm hệ tồn điều chỉnh tiếp tục tăng nên ta cho momen cực tiểu để giảm độ điều chỉnh Khi sai lệch dương đạo hàm sai lệch dương tốc độ giảm tiếp nên cần momen lớn để tăng tốc độ lên Luật hợp thành bảng 3.2 đưa dựa nguyên tắc đưa cách phân tích tín hiệu điều khiển đầu có giá trị tương đương với tín hiệu điều khiển PI thông thường sử dụng chương 2, sau luật mờ hiệu chỉnh mô để phù hợp với yêu cầu động học đề Bảng 3.2 Luật hợp thành E NM ZE PM NM PM PM ZE ZE PM ZE NM PM ZE NM NM DE 66 Luật hợp thành hiểu sau: R1: Nếu E NM DE ZE CONTROL PM R2: Nếu E ZE DE ZE CONTROL ZE R3: Nếu E PM DE ZE CONTROL NM R4: Nếu E NM DE NM CONTROL PM R5: Nếu E ZE DE NM CONTROL PM R6: Nếu E PM DE NM CONTROL ZE R7: Nếu E NM DE PM CONTROL ZE R8: Nếu E ZE DE PM CONTROL NM R9: Nếu E PM DE PM CONTROL NM Phương pháp điểm trọng tâm sử dụng để giải mờ Việc giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm mô Matlab/Simulink hình 3.14 Hình 3.14 Mô luật hợp thành giải mờ Matlab/Simulink 3.3.2 Mô hệ thống hệ thống điều khiển nhà máy điện hạt nhân với điều khiển FLC Mô hình mô hệ thống điều khiển công suất nhà máy điện hạt nhân sử dụng điều khiển FLC đưa hình 3.15 điều khiển FLC sử dụng mô đưa hình 3.16 67 Hình 3.15 Cấu trúc điều khiển DTC sử dụng điều khiển FLC Hình 3.16 Bộ điều khiển tốc độ FLC Kết mô xem xét hai trường hợp: Trường hợp thứ momen tải giữ không đổi -10.5Nm, trường hợp thứ hai momen tải thay đổi Trƣờng hợp 1: Momen tải không đổi Momen tải giữ không đổi -10.5Nm, công suất thay đổi từ 0.7pu đến 1pu thời điểm 0.5s Kết mô đáp ứng công suất hai trường hợp sử dụng điều khiển PI sử dụng điều khiển FLC đưa hình 3.17 DAP UNG CONG SUAT 1.4 PPID PFLC 1.2 CONG SUAT(pu) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 THOI GIAN(s) 0.7 0.8 0.9 Hình 3.17 Đáp ứng công suất lò phản ứng sử dụng điều khiển PI điều khiển FLC momen tải không đổi 68 Kết mô cho thấy sử dụng điều khiển PI vòng tốc độ đáp ứng công suất có độ điều chỉnh lớn thời gian độ lớn Khi sử dụng điều khiển FLC vòng tốc độ độ điều chỉnh nhỏ thời gian điều chỉnh ngắn Trƣờng hợp 2: Momen tải thay đổi Momen tải thay đổi từ -10.5Nm đến 10.5Nm thời điểm 0.25s, thời điểm 0.8s momen tải thay đổi từ 10.5Nm đến -10.5Nm Kết mô đưa hình 3.18 DAP UNG CONG SUAT 1.4 PPID PFLC 1.2 CONG SUAT(pu) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 THOI GIAN(s) 0.7 0.8 0.9 Hình 3.18 Đáp ứng công suất lò phản ứng sử dụng điều khiển PI điều khiển FLC momen tải thay đổi Khi thay đổi momen tải thay đổi hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển PID vòng tốc độ đáp ứng công suất bị biến động lớn, hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển FLC vòng tốc độ đáp ứng công suất biến động nhỏ 3.4 Kết luận Chương xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển công suất cho lò phản ứng hạt nhân sử dụng điều khiển mờ vòng điều khiển tốc độ Kết mô cho thấy sử dụng điều khiển FLC vòng tốc độ đáp ứng công suất có độ điều chỉnh nhỏ, thời gian độ ngắn sử dụng điều khiển PI vòng tốc độ Khi momen tải thay đổi, đáp ứng công suất sử dụng điều khiển PI vòng tốc độ bị biến động mạnh sử dụng điều khiển FLC đáp ứng công suất gần không bị biến động 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu điều khiển công suất lò phản ứng hạt nhân VVER1000 thông qua điều khiển vị trí điều khiển Luận văn đạt kết sau: - Phân tích cấu trúc chung nguyên lý hoạt động lò phản ứng hạt nhân VVER1000 - Xây dựng hệ thống điều khiển công suất lò phản ứng hạt nhân VVER1000 với vòng điều khiển bên vòng công suất vòng điều khiển vị trí tốc độ bên Xây dựng mô hình mô cấu trúc điều khiển công suất lò Đáp ứng công suất bám theo lượng đặt mong muốn nhiên độ điều chỉnh thời gian độ lớn - Xây dựng hệ thống điều khiển công suất lò phản ứng hạt nhân sử dụng điều FLC vòng điều khiển tốc độ Kết mô cho thấy điều khiển FLC sử dụng cho kết đáp ứng công suất có độ điều chỉnh nhỏ thời gian độ ngắn so với sử dụng điều khiển PID trường hợp momen tải không đổi Khi momen tải thay đổi điều khiển FLC cho đáp ứng công suất lò phản ứng gần không bị biến động đáp ứng công suất sử dụng điều khiển PID bị biến động mạnh KIẾN NGHỊ Luận văn xét trường hợp điều khiển công suất lò phản ứng thông qua việc điều khiển vị trí bó điều khiển động không đồng ba pha rotor lồng sóc Luận văn phát triển việc khảo sát, nghiên cứu đối tượng khác bên nhà máy điện hạt nhân (bình ngưng, bình điều áp, bình sinh hơi,….) Ngoài phương pháp điều khiển lưu lượng nước qua tâm lò để điều khiển công suất lò phản ứng hạt nhân cần phải nghiên cứu 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Phùng Quang, “Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha” NXB Giáo dục, 1998 [2] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, “Điều chỉnh tự động truyền động điện” NXB Khoa học Kỹ thuật, 2001 [3] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, “Lý thuyết điều khiển mờ”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2004 [4] Raghava Reddy.R, P Ram Kishore Kumar Reddy, “Advanced control of direct torque control of induction motor drive using PI based fuzzy logic controller”, International Journal of Emerging Science and Engineering IJESE, Volume 3, Issue 3, January 2015 [5] Shelby Mathew, Bobin.K.Mathew, “Direct torque control of induction motor using fuzzy logic controller”, International Journal of advanced research in electrical electronics and instrumentation engineering, vol.2, Special Issue 1, December 2013 71 ... chỉnh công suất lò phản ứng hạt nhân VVER – 1000, cách điều khiển nâng hạ điều khiển Hình 1.10 Vòng điều khiển công suất lò phản ứng Điều khiển công suất lò phản ứng cần vòng điều khiển công suất. .. tâm lò phản ứng Hình 1.9 Vị trí điều khiển lò phản ứng Phương pháp điều khiển định vị bó thành điều khiển (nâng hạ bó điều khiển) phương pháp thông thường để điều khiển công suất lò phản ứng. .. bó điều khiển công suất khâu quán tính G( s)  P( s ) K   ( s)  Ts Vì toán điều khiển công suất lò phản ứng quy toán điều khiển vị trí bó điều khiển hệ thống điều khiển lúc hình 1.10 Việc điều