Nghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điện

Nghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điệnNghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điệnNghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điệnNghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điệnNghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điệnNghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điệnNghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điệnNghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điệnNghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ …… ….***………… VŨ DUY THUẬN Nghiên cứu ổn định tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điện Chuyên ngành: Lý thuyết điều khiển điều khiển tối ưu Mã số: 62.52.60.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2017 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Thái Quang Vinh Người hướng dẫn khoa học 2: TS Hoàng Ngọc Nhân Phản biện 1: … Phản biện 2: … Phản biện 3: … Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 201… Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Một thách thức lý thuyết hệ thống phải đối mặt nghiên cứu hệ thống lớn hệ thống có mơ hình tốn học ngày phức tạp cồng kềnh Điều lý giải thân hệ thống lớn ngày chịu ảnh hưởng tương hỗ nhiều q trình cơng nghệ, mơi trường xã hội phức tạp Ngồi ra, khối lượng tính tốn cho hệ thống lớn lại thường phát triển nhanh nhiều so với gia tăng kích thước thân hệ thống nên vấn đề phát sinh hệ thống lớn phức tạp giải được, không kinh tế, cho dù khoa học tính tốn ngày tương đối phát triển Mục tiêu, phạm vi, đối tượng phương pháp nghiên cứu a, Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài nghiên cứu phương pháp phân tích hệ thống phức hợp nhiều thành phần thành hệ thống có tính độc lập tương đối Sau đó, luận án tập trung xây dựng thuật toán điều khiển phi tập trung cho hệ thống đa phức hợp phân rã thành hệ nói Phương pháp điều khiển đề xuất luận án áp dụng cho đối tượng điển hình hệ thống điện lớn Với mục tiêu trên, nhiệm vụ luận án bao gồm: - Nghiên cứu hệ thống phức hợp nhiều thành phần với mối quan hệ tương tác bất định để từ xây dựng sở tốn học cho việc phân rã hệ thống điện lớn thành vùng có tính độc lập tương đối - Xây dựng lớp toán điều khiển: điều khiển phi tập trung tuyến tính để điều khiển độ vùng điều khiển mờ kiểu PD để kiểm soát tần số cho hệ thống điện lớn - Xây dựng mô phần mềm Matlab Simulink để kiểm tra lại tính đắn luật đề b, Phạm vi đối tượng nghiên cứu Trên sở nghiên cứu trước tác giả ứng dụng thực tiễn tốn tối ưu hóa mơ hình mẫu, tốn lắc ngược, mạng Neuron, hệ thống điện tốn mơi trường yếu tố, ứng dụng logic mờ vào robot song song kiểm chứng; tác giả sử dụng phương pháp khái qt hóa chọn phương án tính tốn bao quát chung nhất, ứng dụng vào xây dựng hướng giải pháp cho toán Ổn định tần số hệ thống lưới điện diện rộng Phạm vi nghiên cứu tốn xây dựng mơ hình tốn cho hệ thống lưới điện có từ đến đối tượng (máy phát, phụ tải, SMES ) có mối liên hệ bất định, với điều kiện ràng buộc giả thiết ban đầu để cụ thể hóa đối tượng, nhằm xây dựng mơ hình đối tượng tính tốn thông số nằm phạm vi cho phép Từ biến động máy phát, truyền tải phụ tải, kết hợp với SMES, tác giả xây dựng luật điều khiển phương pháp tính (sử dụng giải tích logic mờ), áp dụng giải pháp mà cơng trình cơng bố kiểm nghiệm MATLAB, từ xác định mức độ sai lệch phương pháp đề xuất cho áp dụng vào tính tốn ổn định tối ưu luật mờ - Hệ tương tác bất định mơ hình tính tốn đề xuất c, Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích lý thuyết, xây dựng sở lý thuyết cho toán tương tác bất định với số luật điều kiện cho trước Nhiệm vụ ổn định tần số cho lưới điện diện rộng - Công cụ: Lý thuyết ơn định Lyapunov, Phương trình Riccati, sử dụng phương pháp Đại số tuyến tính, lý thuyết điều khiển mờ - Luận án sử dụng lý thuyết điều khiển mờ, giải tích với phương trình Riccati, lý thuyết ổn định Lyapunov Tổng hợp điều khiển dựa phương trình đại số Riccati cải tiến để tìm luật điều khiển tối ưu phản hồi trạng thái có khả kiểm sốt dập tắt dao động hệ thống ảnh hưởng nhiễu, đảm bảo tính ổn định hệ thống Tiếp theo, sử dụng thuật tốn điểu khiển thơng minh dựa logic mờ loại PD, kết hợp với SMES để kiểm sốt tần số phụ tải Sau mơ phần mềm MATLAB-Simulink để kiểm chứng tính đắn ưu việt luật phương pháp đề đối tượng xem xét Tác giả cho kết nghiên cứu tảng cho nghiên cứu sâu tính ổn định cho hệ thống bất định tối ưu hóa điều khiển ứng dụng vào thực tiễn Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Khẳng định lại tính đắn số lí thuyết xem xét áp dụng vào nghiên cứu tính tốn điều khiển tối ưu điều khiển mờ - Khái qt hóa phương thức tính tốn, tốt nhất, đơn giản để thu kết với phép sai số cho phép Áp dụng cho xây dựng hướng giải pháp cho toán kiểm soát tần số phụ tải hệ thống điện diện rộng - Ý nghĩa thực tiễn: hệ thống điện coi mạch máu lưu thông nguồn lượng đất nước nên việc ổn định hệ thống truyền tải quan trọng Việc xây dựng điều khiển mờ lai kết hợp với SMES giải toán ổn định tần số phụ tải thay đổi (gọi tắt ổn định tần số - phụ tải), tăng hiệu suất nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo an ninh lượng quốc gia Cấu trúc luận án Nội dung luận án trình bày bốn chương: Chương I Tổng quan: phân tích chung hệ thống lớn Đánh giá tóm tắt kết nghiên cứu ngồi nước, vấn đề tồn hướng giải luận án Chương II Lý thuyết hệ phân tán điều khiển phi tập trung Nội dung chủ yếu chương trình bày xây dựng mơ hình tổng qt cho đối tượng Hệ thống điện lớn, xét vùng ổn định hệ Xây dựng toán điều khiển lớp: điều khiển ổn định trình độ cho vùng điều khiển mờ lai để ổn định tần số - phụ tải cho toàn hệ thống Chương III Nghiên cứu chiến lược điều khiển phi tập trung hiệu để ổn định chất lượng hệ thống điện quy mơ lớn Trình bày cấu trúc chung mơ hình tốn học hệ thống điện đa máy phát Sau đó, phân tích đề xuất giải pháp điều khiển ổn định chất lượng hệ thống điện đa máy phát Áp dụng cho hệ điển hình phần tử với chế độ vận hành khác Phân tích, đánh giá chất lượng điều khiển thơng qua việc mô phần mềm MATLAB – Simulink Chương IV Nghiên cứu giải pháp điều khiển hệ thống điện diện rộng Ở chương này, luận án giới thiệu mơ hình hóa mơ hình tốn hệ thống điện diện rộng Giới thiệu mơ hình thiết bị lưu trữ từ trường SMES Từ đó, đề xuất giải pháp điều khiển thông minh sử dụng điều khiển mờ lai với SMES để ổn định kiểm soát tần số - phụ tải hệ thống điện diện rộng Phân tích, đánh giá so sánh chất lượng điều khiển mờ lai SMES với điều khiển khác Kết luận kiến nghị Trình bày tóm tắt kết q trình nghiên cứu Đánh giá, so sánh bàn luận kết đạt đưa hướng nghiên cứu tương lai CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm hệ thống phức hợp nhiều thành phần 1.2 Tình hình nghiên cứu nước tối ưu hóa mơ hình hệ tương tác 1.1.1 Các nghiên cứu nước 1.1.2 Nghiên cứu nước ổn định hệ thống phức hợp nhiều thành phần 1.3 Kết luận sơ tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.4 Kết luận chương I - Nghiên cứu ổn định tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần với mối quan hệ tương tác bất định lĩnh vực mẻ khơng Việt Nam mà giới Đặc biệt, xét vào hệ thống điện diện rộng Việt Nam, làm tốn có đặc điểm đầy đủ tính chất hệ phức hợp có nhiều liên kết bất định - Hiện nay, nước ngồi nước có nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu hệ thống phức hợp nhiều thành phần Đặc biệt hệ thống điện diện rộng vài năm gần Các báo trình bày điều khiển khác PID, mờ, nơ ron, mờ trượt, thích nghi nhằm ổn định thông số hệ thống điện điện rộng Tuy nhiên, cơng trình nghiên cứu vấn đề mở cần tìm hiểu nghiên cứu CHƯƠNG 2: HỆ PHÂN TÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN PHI TẬP TRUNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN LỚN 2.1 Giới thiệu Khi xem xét nghiên cứu hệ thống lớn, người ta nhận thấy hệ thống điện diện rộng có nhiều đặc điểm để trở thành ví dụ tiêu biểu cho hệ thống lớn Một hệ thống điện phức tạp thường bao gồm nhiều vùng phát điện; vùng phát điện xem vùng điều khiển, bao gồm ba thành phần điều tốc, turbine máy phát đồng với phụ tải riêng vùng S1 Large-scale system S2 SN S3 Sk Interconnection units Hình 2.1 Một hệ thống lớn gồm N hệ thống liên kết chặt chẽ với Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất hai lớp toán điều khiển ổn định quan trọng hệ thống điện đa máy phát kết nối phức tạp Thứ toán ổn định độ (transient stability) Thứ hai toán kiểm soát tần số - phụ tải, lớp toán cốt lõi chiến lược kiểm soát phát điện tự động cho hệ thống điện 2.2 Mơ hình tổng quát hệ thống điện đa máy phát Xét hệ thống điện lớn gồm n máy phát với phương trình mơ tả chuyển động máy phát đồng thứ i là: M i i  Dii  Pmi  Pei , i = 1, 2,…, n (2.1) Trong đó: Pei   j 1 Ei E jYijcos( i   j  ij ) n Trong công thức (2.1) M i , Pmi Ei giá trị không đổi cho tất máy phát Đặt: Di   , i = 1, 2,…, n Mi (2.2) Xét vector x  R2( n1) có: x  (1n ,2n , , n1,n , 1n  10n , ,  n1,n   n01,n )T (2.3) Với  in   in   n , in  i  n , i   i  ij giải từ phương trình cân công suất: Pei ( ij0 )  Pmi với i = 1, 2,…, n – Ta có hàm Lur’e-Postnikov:  x  Ax  Bf ( y )  T  y C x (2.4) (2.5) Phương trình (2.5) viết lại thành:      1 xi    i ( yi )  h i ( x)  xi    , i = 1, 2,…, n –   0 0  yi   1 xi  (2.10) Hệ thống mô tả (2.10) có dạng hệ Lur’e – Postnikov kết nối Các hệ mô tả phương trình sau: s xi  Ai xi  bii ( i )   eij hij ; i  ciT xi , i  1, 2, , s j 1 2.2.2 Phân tích hệ thống Mỗi hệ thống có tính độc lập tương đối biểu diễn hệ phương trình trạng thái sau:      1 xi    1 ( yi )  xi      0 0  y  [0 1]x i  i (2.13) Theo ý tưởng hai tác giả Walker McClamroch (1967) , ta lựa chọn hàm Lyapunov: Vi ( xi )  x H i xi  i T i ciT xi   ( y )dy i i i (2.18) Trong Hi ma trận  i đại lượng vô hướng Theo [20], điều kiện Popov đây: i1  Re(1  ji)cTi (A j I)1bi    V i ( xi )(7.15)   i1/2i ( yi )  gTi xi   i (2.19) (2.20) Bây giờ, ta tiến hành ước lượng vùng ổn định cho xi*  Theo thủ tục đề xuất năm 1967 Walker McClamroch, cho i1  xét điều kiện: i  (i  1) (2.22) 0   i      2 Một ước lượng  i vùng ổn định  i chứa điểm gốc vùng mở kết nối chứa  i ( i  i ) Giá trị xác định cho hệ sau: 3.4 Giải pháp điều khiển ổn định hệ thống điện đa máy phát Giả sử mơ hình hệ thống điện lớn bao gồm N hệ thống con, biểu diễn tốn học tương ứng sau:  xi (t )  Ai xi (t )  Bi ui (t )  f i (t , x(t )),  i  1,2,3, , N  xi (t0 )  xi , t  t0 (3.23) Trong đó, fi(t, x(t)) = fi(x) biểu thị thành phần liên kết với (là kết trình trao đổi cơng suất qua đường dây truyền tải điện vùng) Chúng mô tả hàm số phi tuyến hệ thống thứ i Các thành phần phi tuyến cần đáp ứng điều kiện Lipschitz đây:  f i ( x)  c x     f i ( x)  f i ( y )  h x  y f i ( x)  N  j 1, j  i Gij gij ( xi , x j ), x, yn (3.24) i  1,2,3, , N (3.25) Trong phương trình (3.25), gij(xi, xj) hàm phi tuyến cần thỏa mãn điều kiện ràng buộc sau: gij ( xi , x j )  Wi xi (t)  Wij x j (t) , xi ni , x j  nj (3.26) Rõ ràng hệ thống điện xét có tính phi tuyến bất định mạnh 13 xi* (t )  ui (t )   Ki xi (t ) _ Mơ hình hệ thống điện thứ i Công thức (3.23) xi (t ) Vector độ lợi K (phản hồi trạng thái) Cơng thức (3.29) Hình 3.3 Mơ hình điều khiển phản hồi trạng thái áp dụng cho hệ i 3.5 Mô đánh giá Trong chương này, tác giả đưa ba trường hợp mô Thực ba bước giải phương pháp thu kết mô Bước 1: Xây dựng mơ hình tốn học cho vùng điều khiển Các phương trình tốn học mơ tả đối tượng điều khiển cho máy thứ thứ hai: xi (t )  Ai xi (t )  Bi ui (t )  N  j 1, j  i pij Gij gij ( xi , x j ), i  1,2,3, , N (3.30) Bước 2: Tìm nghiệm phương trình đại số Riccati cải tiến đưa (2.64) Với thông số cho trước, sử dụng phần mềm MATLAB, ta thu kết sau: 14  K1  [ K1 K1 K P1 K X1 ]    [174.7398  42.2510  10.7218  5.2562]   K  [ K K2 K P2 K X ]   [174.2508  29.2102  10.7003  5.4231]  (3.31) Bước 3: Tiến hành thử nghiệm tính tốn cần thiết để chứng minh tính khả thi chiến lược điều khiển đề xuất 1,2 (rad/s) 0.5 0 Pm1,2 (p.u.) Machine Machine 0.5 time (s) (a) time (s) (c) Machine Machine time (s) (b) Machine Machine -0.5 -2 Xe1,2 (p.u.)  1,2 (rad) 0.5 -0.5 Machine Machine time (s) (d) Hình 3.4 Đáp ứng động học máy phát thứ thứ hai trường hợp mô thứ 15 Machine Machine 1,2 (rad/s)  1,2 (rad) 0.5 0 time (s) (a) -2 0.5 time (s) (b) 2 Machine Machine Xe1,2 (p.u.) Pm1,2 (p.u.) Machine Machine 2 -0.5 time (s) (c) -1 Machine Machine 1 time (s) (d) Hình 3.5 Đáp ứng động học máy phát thứ thứ hai trường hợp mô thứ hai 0.6   Pm 0.5 Xe 0.5 0.4 0.3   Pm 0.4 Xe Settling time(s) Settling time(s) 0.7 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 Machine Machine (a) Machine Machine (b) Hình 3.6 So sánh thời gian xác lập cho hai trường hợp mô 16 3.6 Kết luận chương Trong chương này, tác giả trình bày chiến lược điều khiển phi tập trung tuyến tính để cải thiện chất lượng điều khiển nâng cao ổn định hệ thống lớn đặc trưng yếu tố phi tuyến bất định Ý tưởng xuyên suốt chiến lược điều khiển tuyến tính hóa hàm phi tuyến, sau áp dụng phương án điều khiển tối ưu cách thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái Bộ điều khiển phản hồi trạng thái thực chất sử dụng vector độ lợi K có thành phần tính từ nghiệm phương trình đại số Riccati cải tiến Chất lượng điều khiển chiến lược đề xuất kiểm chứng thông qua mơ hình hệ thống điện ba máy phát kết nối trực tiếp ảnh hưởng nhiễu loạn liên tục (chẳng hạn phụ tải thay đổi) Các kết mô khẳng định chất lượng điều khiển tốt chiến lược điều khiển nghiên cứu Hệ thống tác động nhanh, thời gian xác lập ngắn, độ điều chỉnh nhỏ đặc tính kỹ thuật đầy hứa hẹn mà giải pháp điều khiển đề xuất nghiên cứu mang lại 17 CHƯƠNG 4: KIỂM SOÁT TẦN SỐ - PHỤ TẢI LƯỚI ĐIỆN LỚN 4.1 Giới thiệu 4.2 Mơ hình hóa hệ thống điện diện rộng toán kiểm soát tần số - phụ tải 4.2.1 Khái quát hệ thống điện diện rộng 4.2.2 Mơ hình tốn học hệ thống điện diện rộng PD ,i U i ( s) Governor-i GG ,i ( s ) PG ,i ( s) Turbine-i GT ,i ( s) PTnr ,i ( s) _ Ptie,i _ Load & Machine-i Fi ( s) GP ,i ( s ) From tie-lines Hình 4.2 Cấu trúc chung vùng điều khiển (vùng phát điện) Từ hình 4.2, phương trình trạng thái mơ tả cho vùng điều khiển xây dựng sau: Fi (s)  GP,i (s) PTnr ,i (s)  PD,i (s)  Ptie,i (s)  , (4.1) PTnr ,i (s)  GTnr ,i (s).PG,i (s),   PG ,i ( s)  GG ,i ( s) U i ( s)  Fi ( s)  Ri   (4.2) (4.3)  2 n  Tij Fi (s)  Fj (s)  ,areas #i & #j are connected directly  Ptie,i ( s)   s j 1, j i  0, otherwise  (4.4) 18 4.2.3 Mơ hình thiết bị lưu trữ từ trường siêu dẫn - SMES Bình chân không chứa Heli (Helium vessel) Utility system Hệ thống làm mát đông lạnh (Cryogenic cooling system) Power conditioning and switching devices Tải Cuộn dây siêu dẫn Hình 4.3 Mơ hình nguyên lý thiết bị SMES Giá trị điện áp đầu biến đổi tính theo biểu thức: Ed ,i  U d1  U d  Vd cos  V 'd cos ' (4.11) Trong biểu thức (4.11), Vd0 V’d0 điện áp chiều không tải lý tưởng biến đổi; α α’ góc điều khiển cho van chuyển đổi điện áp R1 R2 Về mặt lý thuyết, điện áp đầu thiết bị SMES tổng điện áp hai biến đổi điện áp Phương trình sau thể mối quan hệ này: Ed ,i   E  if     d ,i  2Vd 0,i cos  with    E  if   d ,i   rectifying mode inverting mode (4.12) Khi sử dụng thiết bị SMES phần chiến lược kiểm soát tần số - phụ tải, yêu cầu bắt buộc cần phải mơ hình hóa thiết bị Ý tưởng điều khiển thay đổi phụ tải bù đắp nạp hay phóng cuộn dây siêu dẫn, dòng điện chiều chạy qua cuộn dây Id,i xem tín hiệu điều khiển 19 (a) Tie-line mn Area #m SMESm Area #n SMESn PD ,n PD ,m (b) Governor unit Ui (s) GG,i (s) _ PG ,i ( s) Machine and load unit Turbine unit GT,i (s) PD ,i PT ,i ( s ) _ GP,i (s) _ _ PSM ,i Ri Ptie,i Fi ( s) SMES Model Ptie,i ( s) Fi ( s) Calculation Fj ( s ) (c) Hình 4.5 Mơ hình SMES toán kiểm soát tần số phụ tải 4.3 Các điều khiển kiểm soát tần số - phụ tải 4.3.1 Các điều khiển kinh điển 4.3.2 Các điều khiển logic mờ kiểu PD Cấu trúc điều khiển sử dụng điều khiển mờ loại PD trình bày hình 4.8 20 Rule base acei ACEi Ke dACEi dacei Fuzzification K de Evaluation of control rules PD-BASED FUZZY LOGIC CONTROLLER Defuzzi- ui KU fication Ui CONTROL-AREA i MODEL Governor model Nonreheat turbine PL ,i ( s ) _ Machineload _ model Ptie,i ( s) Database Calculate Ptie, i ( s ) Ptie,i ( s) Compute ACE i & dACEi Fk ( s ) Fi ( s) Fi ( s) Hình 4.6 Cấu trúc điều khiển kiểm soát tần số - phụ tải vùng sử dụng điều khiển mờ PD 4.4 Mô kết (i) Trường hợp 1: Phụ tải thay đổi ngẫu nhiên vùng quan trọng (giả định vùng 5) thể hình 4.11(a) (ii) Trường hợp 2: Phụ tải giả định thay đổi tất vùng điều khiển Trong đó, phụ tải vùng thứ giữ nguyên so với trường hợp 1, vùng khác phụ tải biến đổi thời điểm biên độ khác (xem hình 4.11b) 4.4.1 Hiệu điều khiển mờ kiểu PD (1) Độ điều chỉnh thời gian xác lập đáp ứng dao động sai lệch tần số cho điều khiển logic mờ kiểu PD nhỏ nhiều so với điều khiển kiểu PI truyền thống Điều có nghĩa chất lượng điều khiển mang lại tốt cho tốn kiểm soát tần số - phụ tải (2) Do phụ tải giả định thay đổi vùng nên tần số lưới chịu ảnh hưởng lớn sớm từ vùng Có nghĩa rằng, tần số bị dao động với biên độ lớn thời gian xác lập dài vùng tương quan so sánh với vùng khác (xem hình 4.13) 21 Fi ( s) 4.4.2 Tác dụng SMES Bộ SMES có tác dụng hỗ trợ điều khiển PD việc bù lượng phụ tải tăng, qua góp phần bù tần số lưới 0.025 0.025 A#1 A#2 A#3 A#4 A#5 A#5 0.02 Load variation (p.u.) Load variation (p.u.) 0.02 0.015 0.01 0.005 0.015 0.01 0.005 0 101520 30 40 Time (sec) (a) 0 101520 30 40 Time (sec) (b) 50 50 Hình 4.9 Hai trường hợp thay đổi phụ tải sử dụng cho mô Freq Bias (p.u.) 0.01 -0.01 A#5-PI A#5-FLC -0.02 -0.03 10 20 30 Time (sec) (a) 40 50 -3 Freq Bias (p.u.) x 10 A#1-PI A#4-PI A#1-FLC A#4-FLC -5 -10 -15 10 20 30 Time (sec) (b) 40 50 Hình 4.10 Đáp ứng sai lệch tần số vùng điều khiển #1, #4 #5 trường hợp mô thứ 22 Freq Bias (p.u.) 0.01 A#5-FLC A#5-FL_SMES -0.01 10 20 30 Time (sec) (a) 40 50 -3 Freq Bias (p.u.) 10 x 10 A#2-FLC A#3-FLC A#2-SMES A#3-SMES -5 10 20 30 Time (sec) (b) 40 50 Hình 4.13 Đáp ứng tần số thay đổi cho vùng điều khiển 2, trường hợp mô thứ hai Bảng 4.2: So sánh độ vọt lố đáp ứng thay đổi công suất đường dây cho vùng điều khiển Trường hợp mô Vùng điều FLPI PD-FL khiển SMES Area 0.0048 0.0028 0.0021 Area 0.0049 0.0029 0.0022 Area 0.0049 0.0029 0.0020 Area 0.0049 0.0029 0.0023 Area 0.0195 0.0114 0.0090 Trường hợp mô FLPI PD-FL SMES 0.0035 0.0019 0.0015 0.0051 0.0030 0.0024 0.0051 0.0033 0.0024 0.0053 0.0033 0.0028 0.0189 0.0114 0.0087 4.5 Kết luận chương Một số kết luận rút từ chương sau: 23 (1) Hệ thống điện diện rộng với yếu tố bất định, phi tuyến phức tạp ví dụ điển hình hệ thống điều khiển lớn nói chung (2) Kiểm sốt tần số - phụ tải vấn đề cốt lõi điều khiển hệ thống điện, đảm bảo làm việc tin cậy, an toàn kinh tế toàn lưới điện (3) Các giải pháp điều khiển ứng dụng điều khiển mờ, ví dụ điều khiển mờ kiểu PD, thay cho điều khiển truyền thống PI (4) Bộ SMES hỗ trợ đắc lực cho việc bù công suất phụ tải thay đổi lưới điện, qua góp phần chỉnh định tần số lưới (5) Sự kết hợp điều khiển mờ SMES hình thành giải pháp điều khiển lai mang lại hiệu điều khiển với chất lượng tốt KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đánh giá kết nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống lớn với nhiều thành phần phi tuyến bất định cơng việc khó khăn Khi thành phần cấu trúc hệ thống ngày đa dạng, phi tuyến bậc cao làm cho khối lượng tính tốn sách lược điều khiển ổn định hệ thống tăng lên nhanh chóng Hơn nữa, ảnh hưởng nhiễu loạn bất định với mức độ phức tạp ngày cao làm cho việc thiết kế chiến lược ổn định hệ thống đối mặt với nhiều thách thức Trong luận án này, dựa phân tích kết nghiên cứu hệ thống lớn đa thành phần bất định nước, tác giả đề xuất hướng nghiên cứu tập trung vào vấn đề điều khiển ổn 24 định cho hệ thống điện đa máy phát – ví dụ tiêu biểu hệ thống lớn Để giải vấn đề đặt ra, tác giả tiến hành: a) Mơ hình hóa hệ thống điện đa máy phát kết nối với thành phần bất định b) Đề xuất thiết kế chiến lược điều khiển phi tập trung tuyến tính sử dụng phương trình Riccati cải tiến để ổn định hệ thống điện, tối thiểu hóa dập tắt nhanh chóng ảnh hưởng nhiễu loạn đến hệ thống c) Đề xuất giải pháp điều khiển lai sử dụng điều khiển mờ PD kết hợp với lưu trữ lượng từ trường siêu dẫn để kiểm soát tần số lưới điện Các nhiễu phụ tải với đặc thù thay đổi liên tục, ngẫu nhiên toàn hệ thống ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến tần số lưới điện công suất truyền tải đường dây Khi áp dụng chiến lược điều khiển này, ảnh hưởng chúng giảm thiểu, qua nâng cao chất lượng ổn định hệ thống Với chiến lược điều khiển ổn định hệ thống điện đề xuất, tác giả tiến hành q trình mơ phỏng, kiểm nghiệm thông qua phần mềm chuyên dụng Những kết mô số đầy hứa hẹn đạt tín hiệu khẳng định ưu việt, hiệu tính khả thi chiến lược điều khiển đề xuất để giải lớp toán trọng tâm hệ thống lớn phi tuyến bất định Hướng phát triển nghiên cứu Những kết đạt nghiên cứu xem bước hứa hẹn trình can thiệp vào ổn định hệ thống điện lớn phức tạp Với phát triển vũ bão khoa 25 học công nghệ ngày nay, tác giả đề xuất hướng phát triển luận án sau: a) Áp dụng thành tựu tiên tiến khoa học kỹ thuật để xây dựng sở liệu đáng tin cậy thay đổi phụ tải liên tục, ngẫu nhiên hệ thống điện Điều đòi hỏi phải có thiết bị đo lường, đánh giá dự báo đạt tiêu chuẩn quốc tế b) Xây dựng mơ hình hệ thống điện đa thành phần phi tuyến bất định với độ xác tin cậy cao c) Áp dụng chiến lược điều khiển đề xuất vào thực tế theo hướng chuyển giao công nghệ hiệu d) Tiếp tục xây dựng chiến lược điều khiển thông minh tiên tiến áp dụng logic mờ, mạng nơ-ron giải thuật tối ưu hóa sinh học để thực hiệu nâng cao chất lượng trình điều khiển, vận hành, ổn định kinh tế lưới điện thực tế 26 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Thai Quang Vinh, Vu Duy Thuan, Mai Ngoc Thang, Maxim Shcherbakov, Nataliya Shcherbakova, Valeriy Kamaev, Hybrid renewable energy systems control based onpredictive models and genetic algorithms, Processding of scientific workshop on “progress and trends in science and technology, 2016 Pp 27-38, Hanoi Vu Duy Thuan, Nguyen Ngoc Khoat, Thai Quang Vinh, Modeling and control of a large-scale systems – A typical application for interconnected Multi-machine power systems, International conference on information and convergence technology for smart society, 2016, Vol.2 No.1 pp 61-65, Ho Chi Minh Vu Duy Thuan, Thai Quang Vinh, Nguyen Ngoc Khoat, An Efficient Decentralized Control Strategy Applied to an Interconnected Multi-Machine Electric Power Grid, Indian Journal of Science & Technology, 2016, Volume 9, Issue 22 Vu Duy Thuan, Thai Quang Vinh, Hoang Ngoc Nhan, Nguyen Ngoc Khoat, Ngo Si Tan, A Novel Integration of PD-Type Fuzzy Logic Controllers and SMES Devices to Maintain Network Frequency of a Large-Scale Power System, Journal of Computer Science and Cybernetics, 2016, Vol 32, No 3, pp 225-241 ... kiểm chứng tính đắn ưu việt luật phương pháp đề đối tượng xem xét Tác giả cho kết nghiên cứu tảng cho nghiên cứu sâu tính ổn định cho hệ thống bất định tối ưu hóa điều khiển ứng dụng vào thực... tính chất hệ phức hợp có nhiều liên kết bất định - Hiện nay, nước ngồi nước có nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu hệ thống phức hợp nhiều thành phần Đặc biệt hệ thống điện diện rộng vài năm gần... luận chương I - Nghiên cứu ổn định tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần với mối quan hệ tương tác bất định lĩnh vực mẻ khơng Việt Nam mà giới Đặc biệt, xét vào hệ thống điện diện rộng Việt