Phụ tải điện năng của hệ thống điện có đặc điểm là biến thiên theo thời gian, biến thiên ngẫu nhiên và phụ thuộc vào chế độ làm việc, vùng hoạt động và các yếu tố khác. Do vậy, trong quá trình hoạt động của hệ thống điện, thường xuyên xảy ra sự thay đổi tải, làm cho hệ thống điện liên tục chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác.
Hình 10 Màn hình hiển thị lỗi tổ hợp Diesel - máy phát điện Kết luận Hệ thống điều khiển tự động toàn phần trạm phát điện tàu thủy xây dựng theo cấu trúc đề xuất, ứng dụng cơng nghệ khả trình mềm hóa, dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà khơng cần thay đổi phần cứng Hệ thống đáp ứng đầy đủ yêu cầu, tính tự động điều khiển cho trạm phát điện tàu thủy Thuật toán điều khiển hệ thống triển khai kiểm nghiệm cho trạm phát điện mô chủng loại tàu 22500 DWT Hơn nữa, hệ thống giám sát hình cảm ứng, máy tính tạo cho người vận hành khai thác theo dõi thông số, trạng thái hoạt động hệ thống cách tổng quan liên tục TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS TSKH Thân Ngọc Hoàn,TS Nguyễn Tiến Ban, Trạm phát lưới điện tàu thuỷ, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2008 [2] Bùi Thanh Sơn, Trạm phát điện tàu thuỷ, NXB Giao thông vận tải, Hà nội, 2000 [3] Mukund R Patel, Shipboard electrical power systems, CRC Press, 2012 [4] Technical documents of Main switchboard of 22.500 DWT, 53.000DWT, 56.000DWT ship [5] БарановА.П., Судовыеавтоматизированныеэлектроэнергетическиесистемы, Судостроение, Санкт -Петербург, 2005 Ngày nhận bài: 20/02/2017 Ngày phản biện: 17/06/2017 Ngày duyệt đăng: 20/06/2017 NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐỘNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN ỨNG DỤNG BỘ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT MỜ DYNAMIC STABILITY IMPROVEMENT OF ELECTRIC POWER SYSTEM BASED ON FUZZY LOGIC POWER SYSTEM STABILIZER NGUYỄN KHẮC KHIÊM1, HOÀNG ĐỨC TUẤN2, ĐINH ANH TUẤN2 1Trường Đại học Hàng hải Việt Nam 2Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Phụ tải điện hệ thống điện có đặc điểm biến thiên theo thời gian, biến thiên ngẫu nhiên phụ thuộc vào chế độ làm việc, vùng hoạt động yếu tố khác Do vậy, trình hoạt động hệ thống điện, thường xuyên xảy thay đổi tải, làm cho hệ thống điện liên tục chuyển từ chế độ xác lập sang chế độ xác lập khác Với thay đổi tải lớn, đột ngột, cố xảy hệ thống điện dẫn đến ổn định Để nâng cao ổn định cho hệ thống điện, sử dụng ổn định công suất thiết kế theo phương pháp truyền thống, tạo nên tín hiệu phụ đưa thêm vào điều khiển hệ thống kích từ, làm giảm dao động tần số thấp vận tốc góc quay rotor máy phát điện Tuy nhiên, ổn định công suất này, xây dựng theo phương pháp truyền thống đối tượng tuyến tính hóa, ổn định cơng suất làm việc tốt điều kiện định, quanh điểm làm việc cho phép Hệ thống điện hệ thống có đặc điểm phi tuyến mạnh, tải điện thay đổi ngẫu nhiên, ổn định cơng suất truyền thống làm việc không hiệu quả, chế độ làm việc thay đổi điểm làm việc thay đổi phạm vi rộng Để giải vấn đề này, báo đề xuất xây dựng Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 33 ổn định công suất ứng dụng logic mờ, nhằm khắc phục nhược điểm ổn định công suất truyền thống, cải thiện ổn định động cho hệ thống điện Từ khóa: Phụ tải điện, hệ thống điện, ổn định công suất mờ, ổn định động Abstract The electric loads of the electric power system is characterized by time-varying, random variation, and depending on the mode of operation, area of operation, and other factors Therefore, during the operation of the electric power system, the load changes frequently occur, causing the system to continuously move from the steady-state mode to another With sudden and large load changes, as well as malfunctioning, the electric power system can lead to instability In order to improve the stability of the electric power system, the conventional power system stabilizer used to create an auxiliary stability signal that adds to the control of the excitation system to reduce low frequency oscillations of angular velocity of rotor generators However, this power system stabilizer, built on the traditional method and the object is linearized, so that the power system stabilizer works just finely under specific operating condition around the permitted working point The electric power system is a system with strong nonlinear characteristics, randomly changing load power, so conventional power system stabilizer will be ineffective when the operating mode changes and the working point changes in wide range To solve this problem, the paper proposes the construction of a fuzzy logic power system stabilizer, to overcome the disadvantages of conventional power system stabilizer, and to improve the dynamic stability of the electric power system Keywords: Electric loads, electric power system, fuzzy logic powersystemstabilizer, dynamic stability Giới thiệu Hệ thống điện tồn phát triển không ngừng quy mơ chất lượng Trong q trình làm việc hệ thống, thường xuyên dẫn đến thay đổi điểm làm việc hệ không theo quy luật, tạo nên dao động tần số thấp, dẫn đến trạng thái đồng tổ máy phát điện, chí suy sụp hệ thống Vì vậy, đòi hỏi cần phải nâng cao ổn định động cho hệ thống điện Nhằm mục đích nâng cao ổn định động cho hệ thống điện, ổn định công suất sử dụng để đưa thêm tín hiệu điều khiển cấp cho hệ thống kích từ máy phát điện, huy động nhanh lượng điện từ làm giảm dao động tần số thấp cho rotor [1, 2, 3, 5] Bộ ổn định công suất này, sử dụng phổ biến thiết kế theo kỹ thuật điều khiển thơng thường Vì vậy, hệ số điều khiển ổn định công suất thiết kế, cài đặt cho điều kiện làm việc cụ thể, đó, điều khiển ổn định cơng suất làm việc hiệu thiếu xác, điều kiện làm việc thay đổi phạm vi rộng Để giải vấn đề này, cần ứng dụng lý thuyết điều khiển để tổng hợp điều khiển ổn định công suất Bộ điều khiển ổn định công suất mờ đề xuất, để giải vấn đề khơng rõ mơ hình tốn, tính phi tuyến mạnh dải thay đổi lớn điều kiện làm việc hệ thống điện Bài báo đề cập đến việc xây dựng ổn định công suất ứng dụng lý thuyết điều khiển mờ, nhằm nâng cao ổn định động cho hệ thống điện Kết nghiên cứu trình bày phần sau Mơ hình hệ thống điện Mạch giới hạn bảo vệ Bộ điều khiển Hệ thống Kích từ Máy phát điện Phụ tải Tín hiệu đặt Lưới điện Bộ chuyển đổi điện áp bù tải Bộ ổn định cơng suất mờ Hình Sơ đồ khối hệ thống điện với máy phát điện Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 34 Mơ hình máy phát điện nối với lưới cứng hệ thống điện, bao gồm phần tử máy phát điện đồng bộ, hệ thống kích từ, điều khiển, chuyển đổi điện áp bù tải, ổn định công suất mờ, mạch giới hạn bảo vệ, hệ thống cái, lưới điện Sơ đồ khối hệ thống trình bày hình [2, 3, 4] Cấu hình hệ thống điện, thay tương đương theo định lý Thevenin [2, 3], thể hình Eb Et Máy phát điện Lưới hệ thống Zeq=Re + jXe Hình Sơ đồ tương đương hệ thống điện với máy phát điện Mơ hình tốn học máy phát điện đồng [1, 2, 3] mô tả hệ tọa độ d-q sau: Phương trình cân điện áp stator đơn vị tương đối ed = py d - y q wr - Ra id (1) eq = py q - y d wr - Ra iq (2) Phương trình cân điện áp rotor đơn vị tương đối e fd = py fd - R fd i fd (3) = py 1d - R1d i1d (4) = py 1q - R1q i1q Phương trình cân từ thông stator đơn vị tương đối y d = - ( Lad + L1 )id + Lad i fd + Lad i1d y q = - ( Laq + L1 )iq + Laq i1q + Laq i2q (5) (6) Phương trình cân từ thơng rotor đơn vị tương đối y fd = L fd i fd + L f 1d i1d - Lad id (7) y 1q = L11q i1q + Laq i2q - Laq iq (8) Phương trình cân mơ men Te = y d iq - y q id (9) Phương trình chuyển động dd = w - wb dt d w wb = (Tm - Te ) dt 2H (10) (11) Trong đó: e, i, R, L, ψ, ω điện áp, dòng điện, điện trở, điện cảm, từ thơng, tốc độ góc với số phụ d, q đại điện cho trục dọc, ngang, fd cho cuộn dây kích từ; đại diện cho cuộn cản máy phát điện; H số qn tính; δ góc rotor; Tm, Te mô men mô men điện từ Thiết kế ổn định công suất mờ Chức ổn định công suất làm giảm dao động rotor tần số thấp cách thêm vào hệ thống kích từ tín hiệu phụ để huy động nhanh lượng điện từ Để xây dựng cấu trúc điều khiển ổn định cơng suất mờ, sử dụng hai tín hiệu đầu vào tín hiệu sai lệch tốc độ góc rotor(e) đạo hàm Đầu điều khiển mờ tín hiệu điện áp (U) để cộng thêm vào tín hiệu điều khiển kích từ máy phát điện thể hình Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 35 Hình Sơ đồ cấu trúc ổn định cơng suất mờ Mờ hóa tín hiệu đầu vào Dải thay đổi tín hiệu đầu vào sai lệch tốc độ góc rotor biến đổi từ [-1, 1] đạo hàm biến đổi từ [-3, 3] Dải thay đổi tín hiệu đầu điện áp biến đổi từ [-1, 1] Tập mờ đầu vào, chọn tương ứng {AL, AV, AN, Z, DN, DV, DL} Dạng hàm liên thuộc tập mờ đầu vào, chọn hàm tam giác số lượng 7, thể hình 4, 5, Hình Mờ hóa sai lệch tín hiệu đầu vào (e) Hình Mờ hóa đạo hàm sai lệch tín hiệu đầu vào (de) Hình Mờ hóa tín hiệu đầu (U) Xây dựng luật hợp thành cho ổn định cơng suất mờ Mỗi tín hiệu đầu vào gồm hàm liên thuộc hàm liên thuộc cho tín hiệu đầu Hai tín hiệu đầu vào chọn toán tử phép nhân “AND”, chọn phương pháp giải mờ phương pháp trọng tâm, tạo nên 49 luật hợp thành bảng Bảng Luật hợp thành ổn định công suất mờ Sai lệch tốc độ góc rotor AL AV AN Z DN DV DL Đạo hàm sai lệch tốc độ góc rotor AL AV AN Z DL DV DL DL DV DV DN Z AN DL DL DV DV DN Z AV DL DL DV DN Z AV AN DL DL DV Z AV AN Z DV DV Z AN AV DL DL Z Z AN AV AV DV DV Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 DN Z Z AN AV AV DN DN 36 Hình Luật hợp thành cho ổn định cơng suất mờ Hình Quan hệ vào ổn định công suất mờ Mơ hình hóa mơ hệ thống Để mô hệ thống sử dụng thông số máy phát điện đồng bộ: S=555MVA; U=24KV; F=50Hz; Et=1; H=4; Lad=1.66; Laq=1.61; L1q=0.7252; L1d=0.1713 ; Ra=0.003 Thông số ổn định công suất truyền thống: Tw=5(s); T1=0.08; T2=0.02; KST=0.001 Giá trị thông số ban đầu máy phát điện đồng tính tốn M-file nhập vào mơ hình mơ Mơ hình nghiên cứu hệ thống với ổn định công suất truyền thống ổn định công suất mờ thể hình Hình Mơ hình hệ thống điện với ổn định công suất mờ ổn định công suất truyền thống Sau mô hệ thống điện sử dụng ổn định công suất truyền thống PSS ổn định công suất mờ FPSS, với thay đổi giá trị khác tải hệ thống, ta nhận kết sau: Khi tải hệ thống điện 25% tải định mức: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 37 0.02 0.015 Sai lech toc goc Rotor 0.01 0.005 -0.005 -0.01 -0.015 -0.02 t 10 Hình 10 Đặc tính sai lệch tốc độ góc rotor 1: Là đường đặc tính sử dụng ổn định công suất thông thường 2: Là đường đặc tính sử dụng ổn định cơng suất mờ Khi tải hệ thống điện 75% tải định mức: 0.06 0.04 Sai lech toc goc Rotor 0.02 -0.02 -0.04 -0.06 t 10 Hình 11 Đặc tính sai lệch tốc độ góc rotor 1: Là đường đặc tính sử dụng ổn định cơng suất thơng thường 2: Là đường đặc tính sử dụng ổn định cơng suất mờ Dựa đặc tính sai lệch tốc độ góc rotor thu được, ta thấy có tham gia ổn định cơng suất mờ vào hệ thống điện, làm cho độ điều chỉnh số lần dao động giảm nhiều, so với hệ thống sử dụng ổn định công suất thông thường Kết luận Bộ ổn định công suất mờ làm giảm biên độ số lần dao động sai lệch tốc độ góc quay rotor, vậy, nhanh chóng đưa hệ thống điện trạng thái ổn định mới, nâng cao tính ổn định hệ thống điện Việc nghiên cứu mơ hình hệ thống điện với tham gia ổn định cơng suất mờ, có ý nghĩa lớn việc phát triển nghiên cứu để chế tạo điều khiển thực áp dụng cho hệ thống điện, nhằm mục đích nâng cao ổn định cho hệ thống TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lã Văn Út, Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2000 [2] Prabha Kundur, Power system stability and control, Mc Greew-Hill, 1994 [3] Jan Machowski, Janusz Bialek, Dr Jim Bumby, Power System Dynamics: Stability and Control, Wiley Press, 2008 [4] A.Al-Hinai, “Dynamic stability enhancement using genetic algorithm power system stabilizer”, Power System Technology, 2010 International Conference, oct.2010, pp.1-7 [5] A.Roosta, H.Khorsand, M.Nayeripour, “Design and analysis of fuzzy power system stabilizer”, in Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe, 2010 IEEE PES, oct.2010, pp.1-7 Ngày nhận bài: 05/6/2017 Ngày phản biện: 23/6/2017 Ngày duyệt đăng: 19/7/2017 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 38 .. .bộ ổn định công suất ứng dụng logic mờ, nhằm khắc phục nhược điểm ổn định công suất truyền thống, cải thiện ổn định động cho hệ thống điện Từ khóa: Phụ tải điện, hệ thống điện, ổn định công suất. .. tổ máy phát điện, chí suy sụp hệ thống Vì vậy, đòi hỏi cần phải nâng cao ổn định động cho hệ thống điện Nhằm mục đích nâng cao ổn định động cho hệ thống điện, ổn định công suất sử dụng để đưa... ổn định công suất truyền thống Sau mô hệ thống điện sử dụng ổn định công suất truyền thống PSS ổn định công suất mờ FPSS, với thay đổi giá trị khác tải hệ thống, ta nhận kết sau: Khi tải hệ thống