Ứng dụng lý thuyết tối ưu RH để nâng cao chất lượng của hệ điều khiển ổn định hệ thống điện PSS

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Nguyễn Hiền Trung ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TỐI ƢU RH ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN PSS Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 62 52 60 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Doãn Phƣớc PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển Thái Nguyên – 2012 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi dựa hƣớng dẫn tập thể nhà khoa học tài liệu tham khảo trích dẫn Kết nghiên cứu trung thực chƣa công bố cơng trình khác Nghiên cứu sinh Nguyễn Hiền Trung iii LỜI CẢM ƠN Trong q trình làm luận án, tơi nhận đƣợc nhiều ý kiến đóng góp từ thầy giáo, giáo, anh chị bạn đồng nghiệp Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn đến PGS.TS Nguyễn Dỗn Phƣớc PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển dành tâm huyết hƣớng dẫn suốt thời gian qua Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo mơn Tự động hóa – Khoa điện – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp gia đình có ý kiến đóng góp q báu tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Phịng quản lý đào tạo sau đại học – Trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp; chân thành cảm ơn môn Điều khiển tự động – Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, trung tâm nghiên cứu triển khai công nghệ cao trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án Tác giả luận án Nguyễn Hiền Trung iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết, ý nghĩa lý luận thực tiễn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Những đóng góp luận án Cấu trúc luận án Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu cấu trúc hệ thống điện 1.2 Điều khiển hệ thống điện 1.2.1 Nhiệm vụ điều khiển HTĐ 1.2.2 Cấu trúc điều khiển HTĐ 10 1.3 Vấn đề dao động góc tải HTĐ 16 1.3.1 Định nghĩa góc tải (góc rotor) 16 1.3.2 Cân công suất HTĐ 17 1.3.3 Nguyên nhân gây dao động góc tải 18 1.4 Bộ ổn định HTĐ - PSS 21 1.5 Những vấn đề nghiên cứu PSS 22 1.5.1 Một số phƣơng pháp thiết kế PSS 22 1.5.2 Các cơng trình nghiên cứu PSS 25 1.6 Hƣớng nghiên cứu luận án 26 1.7 Kết luận chƣơng 27 v Chƣơng MÔ HÌNH TỐN CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Mơ hình máy phát điện đồng 28 30 2.1.1 Phƣơng trình biểu diễn hệ trục toạ độ dq0 31 2.1.2 Phƣơng trình với mạch từ tuyến tính 35 2.2 Mơ hình kích từ điều chỉnh điện áp 36 2.3 Mơ hình turbine điều chỉnh tốc độ 39 2.3.1 Mơ hình turbine 39 2.3.2 Mơ hình điều tốc 41 2.4 Mơ hình động học hệ máy phát kết nối với HTĐ 42 2.4.1 Phƣơng trình ràng buộc điện áp hệ đơn vị tƣơng đối 42 2.4.2 Mơ hình multi–time–scale hệ máy phát kết nối với HTĐ 43 2.4.3 Mơ hình bỏ qua độ stator máy phát kết nối với HTĐ 45 2.4.4 Mơ hình two-axis hệ máy phát kết nối với HTĐ 47 2.4.5 Mơ hình flux–decay hệ máy phát kết nối với HTĐ 48 2.4.6 Mô men damping 50 Kết luận chƣơng 51 2.5 Chƣơng PHÂN TÍCH BỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN PSS 52 3.1 Xây dựng mơ hình tín hiệu nhỏ hệ máy phát kết nối với HTĐ 52 3.2 Phân tích ảnh hƣởng PSS ổn định tín hiệu nhỏ 58 3.3 Phân tích cấu trúc PSS 63 3.3.1 PSS đầu vào đơn – PSS1A 63 3.3.2 PSS đầu vào kép 64 3.4 Phân tích thành phần PSS2A/2B 68 3.4.1 Tín hiệu tốc độ 68 3.4.2 Tín hiệu cơng suất điện 69 3.4.3 Tín hiệu công suất 69 3.4.4 Bù pha lựa chọn tín hiệu ổn định 70 3.4.5 Khâu giới hạn điện áp đầu cực 70 3.5 Đánh giá hiệu PSS ổn định góc tải 71 3.5.1 Trƣờng hợp khơng sử dụng PSS có sử dụng PSS 71 3.5.2 Trƣờng hợp sử dụng PSS1A PSS2A 72 vi 3.6 Kết luận chƣơng 74 Chƣơng ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU RH ĐỂ THIẾT KẾ PSS TỐI ƢU CẤU TRÚC 4.1 Chuyển toán điều khiển ổn định tín hiệu nhỏ thành tốn điều khiển bền vững RH 4.2 75 Thiết kế điều khiển bền vững RH 75 80 4.2.1 Khái niệm lý thuyết điều khiển tối ƣu RH 80 4.2.2 Các bƣớc thực toán điều khiển tối ƣu RH 81 4.2.3 Thiết kế PSS tối ƣu RH 85 Mô điều khiển 91 4.3.1 Mô Matlab 91 4.3.2 Mô theo thời gian thực 93 4.3 4.4 Kết luận chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97 99 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC 106 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU x Các vector biến trạng thái y Vector đầu hệ thống u Vector đầu vào hệ thống nn Ma trận có phần tử có kích thƣớc n  n In Ma trận đơn vị có kích thƣớc n a, b, c Cuộn dây stator pha fd Cuộn dây kích từ kd Cuộn cản theo trục d, (k=1,2) kq Cuộn cản theo trục q, (k=1,2) va, vb, vc Điện áp pha tức thời stator ia, ib, ic Dòng điện tức thời stator pha a, b, c ifd, ikd, ikq Các dịng điện mạch kích từ, cuộn cản dọc trục ngang trục rfd, rkd, rkq Các điện trở mạch rotor, cuộn cản laa, lbb, lcc Tự cảm cuộn dây stator lab, lbc, lca Hỗ cảm cuộn dây stator lafd, lakd, lakq Hỗ cảm cuộn dây rotor stator lffd, lkkd, lkkq Tự cảm mạch rotor Rs Điện trở pha phần ứng (stator) s Toán tử laplace = d/dt δ Góc rotor (góc tải) máy phát (rad) viii θ Góc xác định trục pha a trục d (rad) vs Góc pha đầu điện áp hệ thống ω Tốc độ góc máy phát (rad/s) ω0 Tốc độ đồng (rad/s) Pm Công suất (p.u) TM Mô men (p.u) Pe Công suất điện (p.u) Te Mô men điện (p.u) Qe Công suất phản kháng (p.u) TD Mô men dammping – mô men dập (damping torque) TS Mô men đồng (synchronizing torque) KD Hệ số mô men damping KS Hệ số mơ men đồng H Hằng số qn tính máy phát (s) d Từ thông stator dọc trục q Từ thơng stator ngang trục Efd Điện áp kích từ Vt Điện áp đầu cực máy phát (p.u) Vd Điện áp stator dọc trục Vq Điện áp stator ngang trục Id Dòng điện stator dọc trục Iq Dòng điện stator ngang trục ix E’d Điện áp độ dọc trục E’q Điện áp độ ngang trục kd Từ thông móc vịng cuộn cản dọc trục kq Từ thơng móc vòng cuộn cản ngang trục Xd; X’d; X’’d Điện kháng đồng bộ, độ siêu độ dọc trục máy phát Xq; X’q; X’’q Điện kháng đồng bộ, độ siêu độ ngang trục máy phát Xls Điện kháng khe hở (stator leakage inductance) T’d0; T’’d0 Hằng số thời gian độ siêu dộ dọc trục (s) T’q0; T’’q0 Hằng số thời gian độ siêu dộ ngang trục (s) x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Biểu diễn Ghi tiếng anh PSS Bộ ổn định HTĐ Power System Stabilizer AVR Tự động điều chỉnh điện áp Automatic Voltage Regulator LMI Bất đẳng thức ma trận tuyến tính Linear Matrix Inequalities LFO Dao động tần số thấp Low Frequency Oscillation LFC Điều khiển tần số–tải AGC Load–Frequency Control Automatic Generation Control HTKT Hệ thống kích từ Excitation Systems CSTD Công suất tác dụng Active Power CSPK Công suất phản kháng Reactive Power FACTS Hệ thống truyền tải điện xoay chiều Flexible AC Transmission linh hoạt Systems Truyền tải điện chiều cao áp High Voltage Direct HVDC Current SVC Thiết bị bù công suất phản kháng Static Var Compensator tĩnh HTĐ Hệ thống điện Power System MBA Máy biến áp Transformer AC Xoay chiều DC Một chiều p.u Đơn vị tƣơng đối Per unit 103 [26] Hosseinzadeh N and Kalam A (1999), “A direct adaptive fuzzy power system stabilizer”, IEEE Transactions on Energy Conversion, 14(4), pp 1564–1571 [27] IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies, IEEE Standard 421.5–2005 [28] James D McCalley, Dynamic Analysis (2001S, 2002S, 2003S, 2009S) Students in the 2002 offering of this course included industry engineers taking the course off-campus using videostreaming [29] Jayapal R, Mendiratta J K (2009), “Design & Simulation of Robust H Control Based Power System Stabilizer for SMIB models”, IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, 9(11) [30] Krause P C (1996), Analysis of Electric Machinery, McGraw–Hill, New York [31] Kundur P (1994), Power System Stability and Control, McGraw–Hill Book [32] Kundur P., Paserba J and et al (2004), “Definition and classification of power system stability”, IEEE transactions on power system, 19(2), pp 1387–1401 [33] Larsen E V and Swann D A (1981), “Applying power system stabilizers, part I; general concepts, part II; performance objectives and turning concepts, part III; practical considerations”, IEEE Trans on power apparatus and system, vol PAS–100, pp 3017–3046 [34] Macchowski Jan, Bialek Jannusz W., Bumby Janmes R (2008), “Power System Dynamics: stability and control”, Chichester: John Wiley & Sons, Ltd [35] Macciejowski J M (1989), Multivariable Feedback Design, Cambridge, MA, Addison–Wesley [36] Matlab 7.10.0 (R2010a), Robust Control Toolbox: Model Order Reduction [37] Mendiratta J K., Jayapal R (2009), “Design & Simulation of Robust H∞ Control Based Power System Stabilizer for SMIB models”, IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, 9(11) [38] Mendiratta J K., Jayapal R (2010), “H∞ Loop Shaping Based Robust Power System Stabilizer for Three Machine Power System”, International Journal of Computer Applications, 1(7) [39] Mohammed S R., Abu Hatab (2009), Model Order Reduction Using LMI, the Islamic University of Gaza [40] Mrinal K Pa, Lecture Notes on Power System Stability 104 [41] Nadarajah Mithulananthan, Claudio A Canizares, John Reeve and Graham J Rogers (2003), “Comparison of PSS, SVC, and STATCOM Controllers for Damping Power System Oscillations”, IEEE Transactions on Power Systems, vol 18, pp 786 – 792 [42] Pal B and Chaudhuri B (2005), Robust Control in Power Systems, Boston, MA: Springer Science Business Media, Inc [43] Prasertwong K., Mithulananthan N and Thakur D., Understanding low frequency oscillation in power systems [44] Richard C Schaefer and Michael J Basler (2004), “Why Use Power System Stabilizers”, Western Protective Relay Conference Spokane, Washington October 19–21 [45] Rios M., Hadjsaid N., Feuillet R and Torres A (1999), “Power system Stability Robustness Evaluation by  Analysis”, IEEE Trans Power Systems, 14(2), pp 648–653 [46] Rogers G (2000), Power System Oscillations, Kluwer, Norwell, MA [47] Sauer Peter W and Pai M A (1998), Power System Dynamics and Stability, Pretice Hall [48] Skogestad S and Postlethwaite I (2001), Multivariable Feedback Control, John Wiley and Sons, UK [49] Son K M and Park J K (2000), “On the robust LQG control of TCSC for damping power system oscillations”, IEEE Trans Power Systems, 5(1), pp 1306–1312 [50] Taranto G N., Chow J H and Othman H A (1993), “Robust redesign of power system damping controllers”, Proc 32nd IEEE Conf Decis Contr., San Antonio, TX, pp 2347–2352 [51] Tsai Hung–Chi, Chu Chia–Chi, Chou Yung–Shan (2004), “Robust power system stabilizer design for an industrial power system in Taiwan using linear matrix inequality techniques”, Power Engineering Society General Meeting, IEEE [52] Tsai M C., Geddes E J M and Postlethwaite I (1992), “Pole–zero cancel– lations and closed–loop properties of RH mixed sensitivity design problem”, Automatica, vol 28, pp 519–530 [53] Yao–nan Yu (1983), Electric Power System Dynamics, Academic Press, Inc 105 [54] Zhang P and Coonick A H (2000), “Coordinated synthesis of PSS parameters in multi–machine power systems using the method of inequalities applied to genetic algorithms”, IEEE Transactions on Power systems, 15(2), pp 811–816 [55] Zhang Y., Chen G P., Malik O P and Hope G S (1993), “An artificial neural network based adaptive power system stabilizer”, IEEE Transactions Energy Conversion, 8(1), pp 71–77 [56] Zhou K., Doyle J C and Glover K (1996), Robust and Optimal Control, Prentice Hall 106 PHỤ LỤC I CÁC SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG y y1 To Workspace Scope Mux Mux Scope5 Ef' Vsupp |Vt| Vt exciter Vio vqe Pgen Scope3 vde delta Pmecho Tmecho Sum Scope2 Mux Vref Vref Vref* To Workspace2 Mux1 Ef' |Vt|1 |Igen| Vt Ground1 exciter1 puslip 10 Vio Pgen1 vqe1 Qgen Tem Model Vref Vref Vref*1 Vsupp 12 vde1 delta1 Pmecho 14 Tmecho1 Sum1 Tem1 Model1 Scope1 Out1 In1 dw1 Scope6 Goto6 CPSS Switch -K- Ground Gain PSS_sw Pgen1 -K- Goto7 Scope11 Step3 dw Pgen Scope4 Scope12 Goto3 teta1 teta Product Scope9 Goto2 Gain1 Goto1 Goto Step2 dw1 w1 dw From6 Pgen1 w From4 Sine Wave To Workspace5 dw From7 To Workspace4 w To Workspace3 Pgen From5 Scope13 teta1 Pgen From3 From2 Scope8 teta From1 To Workspace1 teta From Scope7 Hình PLI.1 4.27Sơ đồ mơ Matlab (CPSS không PSS) Scope10 |Igen|1 11 Qgen1 13 puslip1 107 Chay file set1.m Sau chay file PSS_2B.m cuoi cung chay file s4_pss2b.mdl y1 Initialize and plot y Vref Vref* Mux Scope m4 Mux Vref Vref Vref |Vt|1 Vt |Vt| Vt exciter Vio vqe Pgen vde delta Sum 10 Pgen1 12 vde1 delta1 Qgen Pmecho puslip Tmecho1 14 Sum1 |Igen|1 11 Qgen1 13 puslip1 Tem1 tmodel1 Tem tmodel -K- Scope2 Scope3 Gain w Out1 In1 teta Out_pss Pe Pe PSSS2A Switch Vio vqe1 Tmecho exciter1 |Igen| Pmecho PSS1A Switch1 Goto From1 dw Ground1 Ground Ef' Vref*1 Vsupp Ef' Vsupp Mux Scope1 To Workspace To Workspace1 Mux1 -K- Goto4 Scope4 PSS_sw dw1 PSS_sw1 Goto5 Gain1 teta1 Goto1 Pgen Step3 Scope7 Pgen1 Goto2 Scope8 Goto3 Scope5 Product Step2 Sine Wave dw1 w1 From7 From4 dw To Workspace5 dw Pgen1 w To Workspace4 Pgen w From6 From8 Scope11 teta1 Pgen From2 To Workspace3 From5 Scope9 teta From3 To Workspace2 teta From Scope6 Hình PLI.2 4.28Sơ đồ mơ Matlab (PSS1A PSS2A) Scope10 108 Kpss dw Sensor Overall Gain sTw T1.s+1 T3.s+1 Tw.s+1 T2.s+1 T4.s+1 Wash- Out Lead-lag #1 Lead-lag #2 Vpss Limiter Hình PLI.3 4.29Sơ đồ khối CPSS (PSS1A) w Tw1_2.s Tw1_2.s Tw1_2.s+1 Tw1_2.s+1 T6_2.s+1 Transfer Fcn7 Transfer Fcn6 Transfer Fcn1 In1 Out1 -Kramp tracking filter Scope2 Gain2 -K- Gain Pe Tw3_2.s Tw4_2.s Tw3_2.s+1 Tw4_2.s+1 T7_2.s+1 Transfer Fcn2 Transfer Fcn9 Transfer Fcn3 -KGain3 Hình PLI.4 4.30 Sơ đồ khối PSS2A T1_2.s+1 T3_2.s+1 T2_2.s+1 T4_2.s+1 Transfer Fcn4 Transfer Fcn5 Saturation Out_pss 109 K4 K4 Step3 delta delta2 K1 Product Step2 Constant1 Constant K1 Goto1 Sine Wave detal_Vref In1 Out1 s -K- K3 K2 den(s) 1/2H Integrator -K- s wb wb rad2deg1 Integrator1 Gain Transfer Fcn -T- excited1 Goto2 K6 -KGain1 Scope2 delta_Pe Dw Scope1 delta22 detal_Vt Scope Goto3 -TGoto Scope20 K5 Gain2 Hinfi -TGoto4 CPSS NO_PSS Scope33 delta_Upss delta_w CONTROLLER -T- delta_w From From3 -T- -T- From1 Scope2 -TFrom2 From4 From6 delta1 Scope1 From7 -TdPe To Workspace -T- delta Scope3 delta2 From5 dw To Workspace1 delta10 From14 From9 delta12 delta11 From12 Scope5 -T- From8 From10 Scope4 delta22 From13 From11 delta Vt delta1 To Workspace2 To Workspace4 To Workspace3 Hình PLI.5 4.31 Sơ đồ mơ Matlab máy phát điện đồng nối lƣới 110 II THƠNG SỐ CỦA CÁC MƠ HÌNH VÀ THUẬT TOÁN set1.m % parameters of synchronous generator set1 Perunit = % parameters given in per unit of machine base Frated = 50; Poles = 4; Pfrated= 0.9; Vrated =18e3; Prated=828315e3; rs = 0.0048; xd = 1.790; xq = 1.660; xls = 0.215; xpd = 0.355; xpq = 0.570; xppd = 0.275; xppq = 0.275; Tpdo = 7.9; Tpqo = 0.410; Tppdo = 0.032; Tppqo = 0.055; H = 3.77; Domega = 2;%nonzero to account for damper winding not reprsented KA = 200; TA =.06; VRmax = 1; VRmin = -1; TE = 0.052; KE = -0.0465; TF = 1.0; KF = 0.0832; AEx = 0.0012; BEx = 1.264; % parameter of PSS block Ks = 120; Tw = 1.4; T1 = 0.02; T2 = 0.03; T3 = 0.024; T4 = 0.24; pss_limit = 0.1; % parameter of line network re = 0.027; %for real part of ac thevenin's source impedance xe = 0.1; %for imag part of ac thevenin's source impedance Vi = 1.0 + 0*j; %for phasor voltage at infinite bus Si = 0.8 + 0.6*j; % for delivered complex power(lagging Q>0) % ************* END OF INPUT BLOCK *************** 111 % Calculate base quantities we = 2*pi*Frated; wb = we; wbm=wb*(2/Poles); Sbase = Prated/Pfrated; % Use peak values of phase quantites for voltage and current Vbase = Vrated*sqrt(2/3); Ibase = sqrt(2)*(Sbase/(sqrt(3)*Vrated)); Zbase = Vbase/Ibase; Ie = conj(Si/Vi); Eqe = Vi + ((rs+re) + (xq+xe)*j)*Ie; Vte = Vi + (re + xe*j)*Ie deltat = angle(Vte); delta = angle(Eqe); Eqo = abs(Eqe); I = (conj(Eqe)/Eqo)*Ie; % I = Ie*(cos(delta)-sin(delta)*j); Iqo = real(I); Ido = -imag(I); Vio = abs(Vi); Vto =(conj(Eqe)/Eqo)*Vte;%Vto= Vt*(cos(delta)-sin(delta)*j); Vqo = real(Vto); Vdo = -imag(Vto); Sto = Vto*conj(I) Eqpo = Vqo + xpd*Ido + rs*Iqo; Edpo = Vdo - xpq*Iqo + rs*Ido Efo = Eqo + (xd-xq)*Ido; delio = delta Pmecho = real(Sto); % initialize excitation variables VR = KE*Efo; Vs = Efo*KF/TF; Vref =abs(Vto) Dz = (re+rs)*(re+rs) + (xe + xq)*(xe + xpd); set2.m % parameters of synchronous generator set2 Perunit = % parameters given in per unit of machine base Frated = 50; Poles = 4; Pfrated= 0.9; Vrated =18e3; Prated=828315e3; rs = 0.0048; xd = 1.790; xq = 1.660; xls = 0.215; xpd = 0.355; xpq = 0.570; xppd = 0.275; xppq = 0.275; 112 Tpdo = 7.9; Tpqo = 0.410; Tppdo = 0.032; Tppqo = 0.055; H = 3.77; Domega = 2;%nonzero to account for damper winding not reprsented KA = 50; % KA = 200; high gain value for case TA =.06; VRmax = 1; VRmin = -1; TE = 0.052; KE = -0.0465; TF = 1.0; KF = 0.0832; AEx = 0.0012; BEx = 1.264; % parameter of PSS block Ks = 120; Tw = 1.; T1 = 0.024; T2 = 0.002; T3 = 0.024; T4 = 0.24; pss_limit = 0.1; % parameter of line network re = 0.027; %for real part of ac thevenin's source impedance xe = 0.1; %for imag part of ac thevenin's source impedance Vi = 1.0 + 0*j; %for phasor voltage at infinite bus Si = 0.8 + 0.6*j; % for delivered complex power(lagging Q>0) % ************* END OF INPUT BLOCK *************** % Calculate base quantities we = 2*pi*Frated; wb = we; wbm=wb*(2/Poles); Sbase = Prated/Pfrated; % Use peak values of phase quantites for voltage and current Vbase = Vrated*sqrt(2/3); Ibase = sqrt(2)*(Sbase/(sqrt(3)*Vrated)); Zbase = Vbase/Ibase; Ie = conj(Si/Vi); Eqe = Vi + ((rs+re) + (xq+xe)*j)*Ie; Vte = Vi + (re + xe*j)*Ie deltat = angle(Vte); delta = angle(Eqe); Eqo = abs(Eqe); I = (conj(Eqe)/Eqo)*Ie; % I = Ie*(cos(delta) - sin(delta)*j); Iqo = real(I); Ido = -imag(I); 113 Vio = abs(Vi); Vto = (conj(Eqe)/Eqo)*Vte;% Vto = Vt*(cos(delta)sin(delta)*j); Vqo = real(Vto); Vdo = -imag(Vto); Sto = Vto*conj(I) Eqpo = Vqo + xpd*Ido + rs*Iqo; Edpo = Vdo - xpq*Iqo + rs*Ido Efo = Eqo + (xd-xq)*Ido; delio = delta Pmecho = real(Sto); % initialize excitation variables VR = KE*Efo; Vs = Efo*KF/TF; Vref =abs(Vto) Dz = (re+rs)*(re+rs) + (xe + xq)*(xe + xpd); setpss2a.m T1_2=0.12; T2_2=0.035; T3_2=0.1; T4_2=0.2; T6_2=0; T7_2=2*3.77; T8_2=0.5; T9_2=0.1; Tw1_2=10; Tw2_2=10; Tw3_2=10; Tw4_2=0; Ks1=100; Ks2=0.99; Ks3=1; parameter.m clear all clc % ************* END OF INPUT BLOCK *************** % parameters of synchronous generator set Perunit = 1; % parameters given in per unit of machine base Frated = 50; Poles = 4; Pfrated= 0.9; Vrated =18e3; Prated=828315e3; rs = 0; xd = 1.790; xq = 1.660; xls = 0.215; xpd = 0.355; 114 xpq = 0.570; xppd = 0.275; xppq = 0.275; Tpdo = 7.9; Tpqo = 0.410; Tppdo = 0.032; Tppqo = 0.055; H = 3.77; Domega = 2;%nonzero to account for damper winding not reprsented KA = 50; % KA = 200; high gain value for case TA =.06; VRmax = 1; VRmin = -1; TE = 0.052; KE = -0.0465; TF = 1.0; KF = 0.0832; AEx = 0.0012; BEx = 1.264; % Calculate base quantities we = 2*pi*Frated; wb = we; wbm=wb*(2/Poles); Sbase = Prated/Pfrated; % Use peak values of phase quantites for voltage and current Vbase = Vrated*sqrt(2/3); Ibase = sqrt(2)*(Sbase/(sqrt(3)*Vrated)); Zbase = Vbase/Ibase; re = 0; %for real part of ac thevenin's source impedance xe = 0.1; %for imag part of ac thevenin's source impedance Vi = 1.0 + 0*j; %for phasor voltage at infinite bus Si = 0.8 + 0.6*j; % for delivered complex power(lagging Q>0) Ie = conj(Si/Vi); Eqe = Vi + ((rs+re) + (xq+xe)*j)*Ie; Vte = Vi + (re + xe*j)*Ie; deltat = angle(Vte); delta = angle(Eqe); Eqo = abs(Eqe); I = (conj(Eqe)/Eqo)*Ie; % I = Ie*(cos(delta)-sin(delta)*j); Iqo = real(I); Ido = -imag(I); Vio = abs(Vi); Vto = (conj(Eqe)/Eqo)*Vte; % Vto = Vt*(cos(delta) sin(delta)*j); Vqo = real(Vto); Vdo = -imag(Vto); mag_Vto =sqrt(Vqo*Vqo+Vdo*Vdo); Sto = Vto*conj(I); 115 Eqpo = Vqo + xpd*Ido + rs*Iqo; Edpo = Vdo - xpq*Iqo + rs*Ido; Efo = Eqo + (xd-xq)*Ido; delio = delta; Pmecho = real(Sto);% initialize excitation variables VR = KE*Efo; Vs = Efo*KF/TF; Vref =abs(Vto); Dz = (re+rs)*(re+rs) + (xe + xq)*(xe + xpd); % compute nonlinear gains in transfer functions Vq_ratio = Vqo/mag_Vto; Vd_ratio = Vdo/mag_Vto; co = cos(delta); si = sin(delta); K1 = (Eqo*Vio/Dz)*(re*si + (xe+xpd)*co) + (Iqo*Vio/Dz)*((xqxpd)*(xe+xq)*si - re*(xe-xpd)*co); K2 = re*Eqo/Dz + Iqo*( + (xq-xpd)*(xe+xq)/Dz ); K3 = 1/(1 + (xd-xpd)*(xe+xq)/Dz); K4 = (Vio*(xd-xpd)/Dz)*((xe+xq)*si - re*co); K5 = (Vio*Vq_ratio*xpd/Dz)*( re*co (xe+xq)*si)+(Vio*Vd_ratio*xq/Dz)*( re*si + (xe+xpd)*co); %K51=xq*Vd_ratio*Vio*co/(xe+xq)-xpd*Vio*Vq_ratio*si/(xe+xpd); K6 = Vq_ratio*(1 - xpd*(xe+xq)/Dz) + Vd_ratio*xq*re/Dz; ham_truyen.m clc Tdo_p=Tpdo; M=2*H; Ka=KA; Ta=TA; D=Domega; %khai bao ma tran a a1=[0 2*3.1416*50 0;-K1/M -D/M -K2/M 0;-K4/Tdo_p 1/(Tdo_p*K3) 1/Tdo_p;-Ka*K5/Ta -Ka*K6/Ta -1/Ta]; b1=[0;0;0;-Ka/Ta]; c1=[0;1/M;0;0]; e1=[0 0]; d1=[1 0 0]; s =tf('s'); %ma tran giua dau y voi dau vao u S22=e1*inv(s*eye(4,4)-a1)*b1; %ma tran giua dau y voi dau vao p(bien nhieu) S21=e1*inv(s*eye(4,4)-a1)*c1; %ma tran giua dau z voi dau vao u S12=d1*inv(s*eye(4,4)-a1)*b1; %ma tran giua dau z voi dau vao p S11=d1*inv(s*eye(4,4)-a1)*c1; %diem khong cua U=S12*S21 p_zero=zero(S12*S21); %diem cuc cua U 116 p_pole=pole(S12*S21); %nghiem Q* duoc xac dinh (S11(s=0)=0.6742) Q_dot=(S11-0.6724)/(S12*S21); %Q_dot=S11/(S12*S21); %dinh ly 4.10 espp=0.1; Q_dot_e=Q_dot/((espp*s+1)^5); %bai toan can toi uu %Q_dot_e=Q_dot/((espp*s+1)^3); %bai toan can toi uu %luat dieu chinh R duoc xac dinh %R=Q_dot/(1-Q_dot*S22); R=Q_dot_e/(1-Q_dot_e*S22); num_R,den_R]=tfdata(R,'v'); R1=tf(num_R,den_R); giambac.m clc %ve thi bode ham truyen goc bode(R); grid on; hsv_add = hankelsv(R); bar(hsv_add) title('Hankel Singular Values of the Model (R)'); xlabel('Number of States') ylabel('Singular Values (\sigma_i)') line([6.5 6.5],[0 15],'Color','r','linestyle','-','linewidth',1) text(4, 16,'6 dominant states.') % Compute 6th-order reduced model (reduce uses balancmr method by default) [Rr_add,info_add] = reduce(R,6); % Now compare the original model R to the reduced model Rr_add bode(R,'b',Rr_add,'r'), grid on title('Comparing Original (R) to the Reduced model Rr\_add)') legend('R - 28-state original ','Rr\_add - 6-state reduced','location','northeast') % using the ‘mult’ option of hankelsv hsv_mult = hankelsv(R,'mult'); bar(hsv_mult) title('Multiplicative-Error Singular Values of the Model (R)'); xlabel('Number of States') ylabel('Singular Values (\sigma_i)') % Use bstmr algorithm option for model reduction [Rr_mult,info_mult] = reduce(R,6,'algorithm','bst'); %now compare the original model R to the reduced model Rr_mult bode(R,Rr_add,Rr_mult,{1e-2,1e4}), grid on title('Comparing Original (R) to the Reduced models (Rr\_add and Rr\_mult)') 117 legend('R - 28-state original ','Rr\_add (balancmr)','Rr\_mult (bstmr)','location','northeast') step(R,Rr_add,Rr_mult,15) %step response until 15 seconds grid on legend('R: 28-state original ','Rr\_add: 6-state (balancmr)','Rr\_mult: 6-state (bstmr)') [a,b,c,d]=ssdata(Rr_mult); [num_Rmul,den_Rmul]=ss2tf(a,b,c,d); sys_Rmul=tf(num_Rmul,den_Rmul) ... trúc điều khiển sở lý thuyết tối ƣu RH? ?? để nâng cao chất lƣợng điều khiển ổn định HTĐ Điều mang tính cấp thiết có ý nghĩa lớn thực tế Mục đích nghiên cứu đề tài Ứng dụng lý thuyết điều khiển tối. .. cứu ổn định: 19 Ổn định Hệ thống điện Ổn định góc tải Ổn định tần số Ổn định tín hiệu nhỏ (nhiễu nhỏ) Ổn định điện áp Ổn định độ (nhiễu lớn) Hình 1.8 Phân loại ổn định HTĐ Trong cách phân loại ổn. .. có sử dụng PSS 71 3.5.2 Trƣờng hợp sử dụng PSS1 A PSS2 A 72 vi 3.6 Kết luận chƣơng 74 Chƣơng ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU RH? ?? ĐỂ THIẾT KẾ PSS TỐI ƢU CẤU TRÚC 4.1 Chuyển toán điều khiển ổn định tín