Việc điều khiển hoà đồng bộ máy phát điện lên lưới là một trong những vấn đề quan trọng của hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị bộ nguồn kép (MDBNK). Bài báo này đƣa ra một phương pháp điều khiển mới để điều khiển máy phát và tự động quá trình hoà đồng bộ máy phát vào lƣới điện, đó là phương pháp điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động (Passivity – Based).
Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 64(02): 70 - 74 HOÀ ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN LÊN LƯỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PASSIVITY – BASED Đặng Danh Hoằng Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp TĨM TẮT Việc điều khiển hồ đồng máy phát điện lên lƣới vấn đề quan trọng hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị nguồn kép (MDBNK) Bài báo đƣa phƣơng pháp điều khiển để điều khiển máy phát tự động q trình hồ đồng máy phát vào lƣới điện, phƣơng pháp điều khiển phi tuyến dựa thụ động (Passivity – Based) Từ khố: Hồ đồng máy phát điện MỞ ĐẦU Hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị nguồn kép, đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ toàn giới Hiện giới nhƣ nƣớc ta chƣa có cơng trình khoa học nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển phi tuyến dựa thụ động (Passivity – Based) áp dụng cho đối tƣợng Vì báo đƣa phƣơng pháp điều khiển Passivity – Based để điều khiển máy phát điện dị nguồn kép, tập trung vào vấn đề tự động hoà đồng máy phát lên lƣới thay sử dụng phƣơng pháp đèn hồ đồng trƣớc CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN * C MĐ u us N NLPL NLPMP UD ~= C = 3~ MP ~ ir iN Thiết bị điều khiển IE is n (DSP) Hình 1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống máy phát điện sử dụng MDBNK NLPL: Nghịch lƣu phía lƣới NLPMP: Nghịch lƣu phía máy phát MĐC: Máy đóng cắt IE: Thiết bị đo tốc độ khắc vạch MP: Máy phát (sử dụng MDBNK) Từ sơ đồ cấu trúc hình 1, ta thấy hệ thống gồm phần điều khiển bản: + Điều khiển phía lƣới + Điều khiển phía máy phát Hai phần điều khiển điều khiển biến đổi công suất (nghịch lƣu) hai cụm nghịch lƣu đƣợc nối với mạch chiều trung gian Ở ta quan tâm đến cụm NLPMP, có nhiệm vụ điều chỉnh cách ly cơng suất hữu công vô công gián tiếp thông qua đại lƣợng mô men mG Q đồng thời có nhiệm vụ thực hồ đồng nhƣ điều chỉnh tách máy phát khỏi lƣới cần thiết TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN DÕNG ĐIỆN RÔTO THEO PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN PASSIVITY – BASED Để điều khiển máy phát, nhƣ thực hoà đồng máy phát điện lên lƣới ta sử dụng sơ đồ cấu trúc điều khiển phía máy phát nhƣ hình Ở tác giả sử dụng phƣơng pháp Passivity – Based (dựa thụ động) để thiết kế điều khiển dòng điện rotor cho máy phát điện dị nguồn kép Nhƣ [1], [3] hệ phƣơng trình mơ tả mơ hình dòng rotor MDBNK sau đƣợc tách hệ trục toạ độ dq nhƣ sau: xung * Tel: 0974.155.446 70 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 1 1 dird dt ( T T )ird r irq r s 1 ' 1 ' ( sd sq ) urd u T L Lm sd s r dirq ( )i i rq r rd dt Tr Ts 1 ( ' ' ) u u T sq sd Lr rq Lm sq s 64(02): 70 - 74 Lưới u (1) v w MĐN Từ mạch chiều trung gian uDC Khâu ĐCMM mG * mG - TSP Q* Q - isdq Khâu ĐCQ s i*rd urd i*rq urq usdq ĐCDMP ’*sd r ura ejr u*sdq tr ts tt urb r S t ĐCVTKG r 3~ MP NL q irq irr ir ird r e irβ -jr irs IE n Q mG r GTT i * ’ sd * rd i*rq is isd isq isβ e-jN isu isv * ’ sq * N u sd * u sq uNu GTĐ N PLL uNd = uNv us Hình Hệ thống điều khiển máy phát (MDBNK) hệ thống phát điện sức gió sử dụng điều chỉnh Passivity - Based 71 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Để đặt tốn điều chỉnh thành phần ir, ta đặt biến ir biến điều khiển với giá trị mong muốn i*r đƣợc lấy từ điều chỉnh mô men mG cơng suất Q thơng qua khâu tính tốn giá trị đặt (GTĐ) Bộ điều chỉnh dựa thụ động (viết tắt: PBC) đƣợc xây dựng theo nguyên tắc cần phải tác động vào tín hiệu điều khiển tín hiệu dạng D().ir - gọi tín hiệu suy giảm, D() gọi hệ số suy giảm Tín hiệu điều khiển điều chỉnh dòng máy phát đƣợc xác định: u rdPBC u *rd D( ).ird u rqPBC u *rq D( ).irq Trong đó: (2) u rdPBC ; u rqPBC điện áp điều khiển PBC tạo (theo thành phần d q) u*rd; u*rq điện áp rotor mong muốn máy phát (theo thành phần d q) đƣợc xác định theo (1) ird ird* ird irq irq* irq r d r dl d l (4) dt dt dt Từ (4) rõ ràng thấy từ trƣờng quay dòng điện rotor sinh quay với tốc độ r so với rotor, mà rotor quay với tốc độ so với stato, từ trƣờng quay rotor có tốc độ: rs = r + (5) So sánh (4) (5) từ trƣờng rotor cảm ứng vào stato điện áp có tần số góc rs tần số góc lƣới l, nghĩa tần số với điện áp lƣới Nhƣ với việc đƣa góc chuyển đổi r vào biến tần đảm bảo điều kiện tần số điện áp đầu máy phát điện áp lƣới có tần số - Để điều kiện trùng pha đƣợc đảm bảo, ta thực thông qua điều khiển thành phần dòng điện rotor ird irq, có giá trị thích hợp Theo [1], [5], ta phải điều khiển cho ird = irq < - Xác định mối quan hệ trị số biên độ điện áp lƣới (ulm), điện áp đầu máy phát (usm) giá trị irq Xuất phát từ phƣơng trình véc tơ điện áp stato: sai lệch dòng điện rotor giá trị đặt giá trị thực lấy từ máy phát (theo thành phần d q) Với D() hệ số suy giảm đƣợc chọn cho hàm trữ lƣợng biến điều khiển giữ đƣợc đặc điểm thụ động Bộ điều khiển dòng điện thực q trình hồ đồng bộ, cần phải thoả mãn điều kiện hệ thống điện áp đầu máy phát so với hệ thống điện áp lƣới: + Cùng tần số + Cùng góc pha + Cùng trị số Muốn trình điều khiển ta cần phải xác định giá trị sau để thoả mãn điều kiện đặt trên: - Xác định góc chuyển đổi r đƣa vào biến tần để đảm bảo điều kiện điện áp tần số: r = l - (3) Với: l - góc quay véc tơ không gian điện áp lƣới, - góc quay rotor (góc điện) Để thấy đƣợc việc xác định r theo (3) thoả mãn điều kiện tần số, ta xuất phát từ: 64(02): 70 - 74 d s js s dt s Lm i r us (6) Từ (6) suy us js Lm ir Và ta chuyển sang hệ trục toạ độ dq tựa theo điện áp lƣới, ta có: usd s Lm irq usq s Lm ird 0( ird ) (7) Từ (7), dễ dàng có: usm = usd = - s.Lm.irq (8) Để điện áp máy phát điện áp lƣới có trị số (usm = ulm), theo (8) ta có ngay: u irq lm s Lm (9) * Để tự động hoà đồng ta cần kiểm tra tín hiệu ird irq đảm bảo ird = irq = const < 0, sau vài chu kỳ (do ta đặt thiết bị đo lường điều khiển) hệ thống tự động hoà đồng máy phát lên lưới điện SƠ ĐỒ VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB – SIMULINK – PLECS 72 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Mơ hệ thống máy phát điện không đồng nguồn kép với bảng số liệu: Pđm = 7.5 KW Uđms = 230/400(/) fđm = 50 Hz Uđmr = 366 V nđm =1950 V/p Rs =0.5035 Iđmr = 6,7 A Cosđm = 0.85 zp = J = 0.05Kgm2 Rr = 0.66 400 64(02): 70 - 74 ulƣới uphát 300 200 Ls = 0.033H 100 Ls = 0.0049H Lm = 0,0805H Iđms = 32,4/17,8A(/) -100 -200 -300 -400 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 Hình Đáp ứng điện áp pha máy phát điện áp pha lƣới -1 400 -2 300 -3 200 -4 -5 100 -6 -7 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Hình Sơ đồ mơ hệ thống Dang Danh Hoang Thai Nguyen University of Technology -200 ird i*rd -100 -300 -400 mG pulses1 mG_ref Q Q_ref mM_ref pulses Q_ref us_dq is_dq omegaS mG P's_dq ir_dq omegaR cos phi thetaR omega i*r uDC f(u) Q -> cos mG omegaS pulses2 theta_grid irq us_dq Sync i*rq is_dq cos phi sinphi_ref 1000 uDC_ref uDC_ref Sync ir_dq uDC iN_dq ugrid P's_dq omg_grid voltage dip Fault Generator Side Controller Ugrid_dq i_stator mL 125.6 Omega_roto uDC thetaR Constant uDC cosphi theta omegaR RSw itch u_grid iN_dq cos phi omega OmegaR Grid Side Controller DFIM Model -Kn Hình Đáp ứng dòng điện ird irq theo giá trị đặt 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Hình Đáp ứng điện áp pha máy phát điện áp pha lƣới hoà đồng lên lƣới 0,2s i_rotor pulses RSwitch Fault1 KẾT LUẬN - Kết mô ta thấy điều chỉnh điều khiển đƣợc dòng điện thành phần ird irq đảm bảo ird = irq < 0, sau 0,12s (hình 4) ta thấy điện áp pha lƣới máy phát trùng sau 0,12s (hình 5) Đồng thời đến 0,2s hồ đồng lên lƣới (hình 6) ta thấy chúng trùng Nhƣ với kết mô hệ thống điều khiển giải đƣợc vấn đề báo đặt - Bài báo mở phƣơng pháp thiết kế phi tuyến để điều khiển trình làm việc máy phát điện dị nguồn kép, có hồ đồng lên lƣới 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cao Xuân Tuyển (2008): “Tổng hợp thuật toán phi tuyến sở phương pháp Backstepping để điều khiển máy phát điện dị nguồn kép hệ thống máy phát điện sức gió”, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật [2] Levent U.gödere, Marwan A Simaan, Charles W Brice (1997): “Passivity – Based Control of Saturated Induction Motors”, IEEE [3] Ng.Ph.Quang (2004): “Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động” Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 64(02): 70 - 74 [4] Ng.Ph.Quang, Andreas Dittrich: “Truyền động điện thông minh” Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [5] Ng.Ph.Quang (1996), “Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha” Nxb Giáo dục, Hà Nội, 1996 [6] N.D.Phƣớc, P.X.Minh, H.T.Trung (2003): Lý thuyết điều khiển phi tuyến Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [7] R.Ortega, A.Loria, P.J.Nicklasson, H.SiraRamírez (1998): “Passivity-based Control of Euler Lagrange Systems: Mechanical, Electrical and Electromechanical Applications” SpringerVerlay, London-Berlin-Heidelberg SYNCHRONIZE ELECTRIC GENERATORS TO A POWER GRID BY PASSIVITY - BASED CONTROL METHODOLOGY Dang Danh Hoang2 Thai Nguyen University of Tecnology SUMMARY Synchronizing electric generators to a power grid is one of the most critical issues of the power systems using double-fed induction machines (DFIM) In this paper, a new controlling approach which control and synchronize electric generators to the grid automatically is represented This methodology is called the passitivity-based non-linear control Key word: Synchronize electric generators Tel:0974.155.446 74 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn ... pha máy phát điện áp pha lƣới -1 400 -2 300 -3 200 -4 -5 100 -6 -7 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Hình Sơ đồ mơ hệ thống Dang Danh Hoang Thai Nguyen University of Technology -2 00 ird i*rd -1 00 -3 00 -4 00... trữ lƣợng biến điều khiển giữ đƣợc đặc điểm thụ động Bộ điều khiển dòng điện thực q trình hồ đồng bộ, cần phải thoả mãn điều kiện hệ thống điện áp đầu máy phát so với hệ thống điện áp lƣới: + Cùng... hồ đồng lên lƣới (hình 6) ta thấy chúng trùng Nhƣ với kết mô hệ thống điều khiển giải đƣợc vấn đề báo đặt - Bài báo mở phƣơng pháp thiết kế phi tuyến để điều khiển trình làm việc máy phát điện