Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển tốc độ tuabin thuỷ điện liên kết vùng trên cơ sở logic mờ và mạng nơron nhân tạo tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN DUY TRUNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TUABIN THỦY ĐIỆN LIÊN KẾT VÙNG TRÊN CƠ SỞ LOGIC MỜ VÀ MẠNG NƠRON NHÂN TẠO Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số ngành: 9520216 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2020 Cơng trình hồn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Lê Hùng Lân PGS.TS Nguyễn Văn Tiềm Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ họp Trường Đại học Giao thông vận tải vào hồi ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin-Thư viện, Đại học GTVT MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đối với hệ thống điện Việt Nam việc nâng cao công suất ổn định hệ thống để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cần thiết cấp bách Để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho phụ tải nâng cao chất lượng điện năng, Chính phủ Bộ, ngành, địa phương đưa nhiều sách ưu đãi khuyến khích tổng công ty, doanh nghiệp tư nhân doanh nghiệp nước đầu tư xây dựng nhà máy phát điện để cung cấp cho hệ thống điện Việt Nam, đặc biệt ưu tiên lượng tái tạo nhằm nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo an toàn, an ninh lượng Quốc gia Ở nước ta nay, việc xây dựng hệ thống lưới điện thơng minh địi hỏi phải tích hợp nhiều nguồn lượng đa dạng để đảm bảo an ninh lượng quốc gia, việc kết nối nguồn điện nhà máy thủy điện quan trọng cần thiết Bài toán NCS tập trung giải luận án với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển tốc độ tuabin thuỷ điện liên kết vùng sở logic mờ mạng nơron nhân tạo” Mục đích đề tài Nghiên cứu, xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển tốc độ tuabin thuỷ điện liên kết vùng sở logic mờ mạng nơ ron nhân tạo nhằm nâng cao chất lượng điều khiển Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực tế quy trình cơng nghệ phương thức vận hành hệ thống tự động hóa thủy điện Nghiên cứu xây dựng khảo sát mơ hình mơ tuabin máy phát thủy lực sở công cụ mô Matlab/Simulink với tham số thực tế tổ máy, sử dụng thuật toán điều khiển thông minh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu thiết bị, công nghệ tuabin nhà máy thủy điện đơn vùng hai vùng - Nghiên cứu quy trình vận hành nhà máy hệ thống điện, nghiên cứu dạng cố tổ máy ảnh hưởng thông số như: Sự cố tổ máy, công suất, tần số máy phát tải thay đổi, liên kết với nhà máy vùng cấp điện - Thiết kế điều khiển logic mờ loại PI dựa thuật toán tối ưu tối ưu hóa bày đàn (PSO), thuật tốn di truyền (GA), tiến hóa vi phân (DE) - Tổng hợp điều khiển nơ ron kết hợp với thuật toán điều khiển dự báo (ANN - MPC), hồi quy phi tuyến (NARMA), điều khiển thích nghi với mơ hình tham chiếu (MRAC) ứng dụng điều khiển tần số tải hệ thống thủy điện liên kết hai vùng Ý nghĩa khoa học thực tiễn * Ý nghĩa khoa học: Phát triển thuật tốn điều khiển thơng minh sở ứng dụng điều khiển mờ mạng nơ ron, ứng dụng tổng hợp điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng phụ tải thay đổi * Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu sở để thực nghiệm tiến tới chế tạo điều khiển thông minh nhằm nâng cao chất lượng điều khiển điều khiển tuabin thủy điện cho nhà máy thủy điện Việt Nam, góp phần giữ ổn định cơng suất, tốc độ (tần số) tuabin máy phát thủy điện tải thay đổi nâng cao hiệu suất làm việc Các kết đạt - Tổng hợp điều khiển mờ tối ưu loại PI cho điều khiển tốc độ (tần số) tuabin thủy điện liên kết vùng với 03 giải thuật tối ưu: Tối ưu hóa bày đàn PSO, thuật toán di truyền GA tiến hóa vi phân DE - Tổng hợp điều khiển nơron tối ưu cho điều khiển tốc độ (tần số) tuabin thủy điện liên kết vùng với 03 thuật toán: Điều khiển dự báo MPC, hồi quy phi tuyến NARMA điều khiển thích nghi với mơ hình tham chiếu MRAC Các tham số chỉnh định xác định thơng qua thuật tốn tối ưu háo bày đàn PSO - Thiết lập mơ hình mẫu cho tốn điều khiển tần số phụ tải mơ hình nhà máy thủy điện đơn vùng hai vùng điều khiển Nội dung nghiên cứu Luận án thiết kế cấu trúc gồm: Phần mở đầu chương, phần kết luận kiến nghị, danh mục công trình nghiên cứu, phụ lục hình vẽ mục lục tài liệu tham khảo Chương 1: Tổng quan điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng để ổn định tần số lưới Chương 2: Mơ hình động lực học hệ thống tuabin máy phát thủy điện liên kết vùng Chương 3: Thiết kế điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng sở logic mờ để ổn định tần số tải Chương 4: Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng để ổn định tần số tải Chương 5: Phân tích đánh giá hiệu giải pháp điều khiển thông minh tốc độ tuabin nhà máy thủy điện CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TUABIN THỦY ĐIỆN LIÊN KẾT VÙNG ĐỂ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ LƯỚI 1.1 Giới thiệu thủy điện Việt Nam Ở nước ta, thủy điện chiếm tỷ trọng cao cấu sản xuất điện Hiện nay, ngành điện phát triển đa dạng hóa nguồn điện, thủy điện chiếm tỷ trọng đáng kể Năm 2014, thủy điện chiếm khoảng 32% tổng sản xuất điện Theo dự báo Quy hoạch điện VII (QHĐ VII) đến năm 2020 2030 tỷ trọng thủy điện cao, tương ứng 23% Hình 1.1 Mơ hình nhà máy thủy điện 1.2 Hệ thống tự động hóa nhà máy thủy điện Trong nhà máy thủy điện hệ thống tự động hóa nhà máy quan trọng, trình vận hành xử lí cố thực tự động 1.3 Bài toán điều khiển tần số công suất tác dụng hệ thống điện 1.4 Bài toán điều khiển tần số phát điện có liên kết vùng 1.5 Tổng quan nghiên cứu - Nghiên cứu nước: Trên giới việc nghiên cứu tổng hợp hệ thống điều khiển cho đơn vùng nghiên cứu từ lâu, giải phụ tải nhỏ phát điện độc lập Hiện quan tâm nhiều việc áp dụng lý thuyết điều khiển thông minh hệ mờ hệ thống mạng nơ ron nhân tạo Vấn đề điều khiển tự động máy phát (AGC) điều khiển tần số tải LFC hệ thống điện có lịch sử từ lâu chủ đề quan trọng hệ thống điện kết nối với Trong hệ thống điện, điều khiển LFC việc phát phụ trợ đóng vai trị quan trọng để trì độ tin cậy hệ thống điện mức phù hợp Trong thực tế LFC, thành phần thay đổi nhanh chóng tín hiệu hệ thống không quan sát lọc tham gia vào q trình Đó lý giảm thời gian phản hồi LFC không mong muốn Trong thực tế, chất lượng hệ thống LFC phụ thuộc vào chất lượng tín hiệu điều khiển Phát bù liên quan đến cân ngắn hạn cơng suất, tần số hệ thống điện có vai trị phép trao đổi cơng suất cung cấp điện tốt cho phụ tải điện [60], [61], [66], [71], [73] Các điều khiển bổ sung áp dụng để điều chỉnh ACE cách hiệu Công việc nghiên cứu đóng góp thiết kế LFC dựa kỹ thuật điều khiển khác Mơ hình hóa rời rạc LFC hệ thống điện hai vùng trình bày [21] Hình 1.6 Hệ thống LFC Bảng 1.2 So sánh nghiên cứu gần chủ đề LFC / AGC tài liệu Số khu vực [101] [96 [102] [97] [98] [103] [99] Tài liệu Loại nguồn Bộ điều khiển Kiểu Thủy điện - Nhiệt điện Thủy điện - Nhiệt điện, Ga Thủy điện - Nhiệt điện, Ga Thủy điện - Gió - Diesel Nhiệt điện - Gas Nhiệt điện Nhiệt điện FLC I OOPC PIDD I,PI,ID,PID Fuzzy - PID I Kỹ thuật tối ưu hóa Fuzzy IPSO TLBO DE FA - Tài liệu [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] Số khu Loại nguồn vực Thủy điện - Nhiệt điện, Ga Thủy điện - Nhiệt điện Thủy điện - Nhiệt điện Thủy điện - Nhiệt điện, Ga Thủy điện - Nhiệt điện, Ga Nhiệt điện Thủy điện - Nhiệt điện, Ga Thủy điện - Nhiệt điện Nhiệt điện Nhiệt điện Nhiệt điện Nhiệt điện Thủy điện - Nhiệt điện, Ga Thủy điện - Nhiệt điện, Ga Thủy điện - Nhiệt điện - Diesels Thủy điện - Nhiệt điện Thủy điện - Nhiệt điện Thủy điện - Nhiệt điện, Ga Bộ điều khiển Kiểu I PID DMPC PID FOPID DMPC FOFPID ANFISC PID CHB _I I I+ FLC I FOFPID I I I PI Kỹ thuật tối ưu hóa IPSO ICA DMPC QOHC IPSO DMPC BFOA ANFIN -PS PSA CSA BFO OHS ICA CRPSO CRPSO ICA PSO -SCA - Nghiên cứu nước Trong [9] nghiên cứu điều khiển PID có chỉnh định mờ áp dụng cho toán tuabin thủy điện vận hành tải chế độ độc lập Trong [8] “Nghiên cứu ứng dụng mạng mờ nơ ron để xây dựng thuật toán điều khiển cho điều tốc tuabin thủy điện” ứng dụng giải thuật mạng nơ ron mờ để chỉnh định tham số điều khiển PID Trong [10] nghiên cứu ứng dụng giải pháp đo lường điều khiển đại nhằm nâng cao chất lượng ổn định tần số nhà máy thủy điện vừa nhỏ Đã đưa phương pháp backstepping, điều khiển tối ưu lọc Kalman để xây dựng điều khiển thích nghi nhằm nâng cao chất lượng ổn định tần số quay tuabin nhà máy thủy điện vừa nhỏ 1.6 Chọn tên đề tài hướng nghiên cứu Qua phân tích tác giả lựa chọn tên đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng sở logic mờ mạng nơ ron nhân tạo” 1.7 Mục tiêu luận án - Nghiên cứu, xây dựng mô hình hệ thống điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng - Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển tốc độ tuabin thuỷ điện liên kết vùng sở logic mờ mạng nơ ron nhân tạo, sử dụng giải thuật tối ưu hóa nhằm nâng cao chất lượng điều khiển - So sánh chiến lược điều khiển đề xuất để tìm giải pháp điều khiển phù hợp cho toán đặt Hình 1.7 Tiến trình thực luận án 1.8 Kết luận chương - Luận án phân tích tốn điều khiển tốc độ tuabin thủy điện, tổng quan nghiên cứu nước nước thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ tuabin thủy điện Trên sở phân tích luận án đặt mục tiêu thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết hai vùng để ổn định tần số tải dựa sở ứng dụng kỹ thuật điều khiển thông minh logic mờ, mạng nơ ron, áp dụng thuật toán tối ưu PSO, GA, DE… Kết công bố [CT5] thuộc danh mục cơng bố cơng trình khoa học luận án CHƯƠNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG TUABIN MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN LIÊN KẾT VÙNG 2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thủy điện đơn vùng Hình 2.2 Mơ hình hệ thống thủy điện đơn vùng 2.1.1 Mơ hình đường ống áp lực  ht ( s )  TW ( s) ut ( s) (2.1) Lur thời gian bắt đầu nước không đổi tải định mức, (giây), ag hr 2.1.2 Mô hình hệ thống servo điện - thủy lực TW  Wg ( s)   g e ( s)   xe ( s)  s.Tg (2.3) 2.1.3 Mơ hình tuabin thủy lực w t ( s)   Tw s  P m ( s)   g ( s)  0.5Tw s (2.4) 2.1.4 Mơ hình máy phát điện w p ( s)   ( s)   P m ( s)   P e ( s) Ms  D (2.5) 2.1.5 Khảo sát động học hệ thống 2.2 Mơ hình hệ thống thủy điện liên kết hai vùng Hình 10 (a) Hình 10 (b) Hình 2.10 Hệ thống thủy điện liên kết hai vùng 2.3 Mơ hình hệ thống điều khiển tốc độ tuabin máy phát thủy điện liên kết hai vùng Hình 2.15 Sơ đồ mơ hình tốn học hệ thống điều khiển thủy điện liên kết hai vùng Trong luận án, ví dụ mơ thực với giá trị tham số hệ thống sau [11,16,18]: Tg1  Tg  48.7(s) ; Tw1  Tw  1(s) Tr1  Tr  0.513 (s); M1  M  0.6 (s); D1  D2  (pu); R1  R2  2.4 (Hz/p.u) T12  0.0707 (pu) 2.4 Kết luận chương Trong chương luận án xây dựng mơ hình tốn học khối chức hệ thống điều khiển tuabin thủy điện đơn vùng liên kết vùng Khảo sát đặc tính làm việc khối chức hệ thống thủy điện liên kết vùng, đưa sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết hai vùng Kết cơng bố [CT4] danh mục cơng bố cơng trình khoa học luận án CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TUABIN THỦY ĐIỆN LIÊN KẾT VÙNG TRÊN CƠ SỞ LOGIC MỜ ĐỂ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ TẢI 3.1 Bộ điều khiển mờ luật PID * Bộ điều khiển mờ theo luật PID * Bộ điều khiển mờ theo luật PD * Bộ điều khiển mờ theo luật PI 3.2 Các giải thuật tối ưu hóa tham số điều khiển 3.2.1 Thuật tốn tối ưu hóa bày đàn PSO 3.2.2 Thuật toán di truyền GA 11 3.2.4.1 Mô điều khiển FLC loại PI kết hợp PSO 3.2.4.2 Một số kết mô Nhà máy thủy điện đơn vùng Hàm mục tiêu cực tiểu hóa tiêu tích phân sai số[1],[11] T T 0 J   | e(t ) | dt   | r (t )  y (t ) | dt  (3.14) Hình 3.17 Kết mơ cho nhà máy thủy điện đơn vùng (a) Thay đổi tải; (b) Đáp ứng độ lệch tần số (tốc độ) Hình 3.18 So sánh ba điều khiển FLC cho trường hợp nhà máy thủy điện đơn vùng Hệ thống thủy điện liên kết hai vùng Hàm mục tiêu sử dụng tối ưu hóa cho công thức (3.15) đây: T J   | f1 (t ) |  | f (t ) |  | Ptie,12 (t ) | dt  (3.15) 12 Hình 3.20 Sự hội tụ thuật tốn PSO Hình 3.21 Cập nhật hệ số chỉnh định thuật tốn PSO Hình 3.22 So sánh ba điều khiển mờ ứng dụng thuật toán tối ưu hóa sinh học khác (PSO, GA DE) Hình 3.23 Các hàm mục tiêu hệ thống thủy điện liên kết hai vùng áp dụng điều khiển logic mờ ứng dụng ba thuật tốn tối ưu hóa 13 3.4 Kết luận chương Trong chương luận án đề xuất phương án thiết kế điều khiển mờ FLC để điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết hai vùng Các điều khiển mờ FLC có cấu trúc PI PD với ba tham sô cần chỉnh định Các tham số tối ưu hóa áp dụng thuật tốn tối ưu hóa sinh học tối ưu hóa bầy đàn PSO, thuật tốn tiến hóa GA thuật tốn tiến hóa vi phân DE Các kết mô số triển khai phần mềm MATLAB/ Simulink góp phần khẳng định hiệu điều khiển FLC đề xuất Các điều khiển mờ đề xuất cho chất lượng điều khiển tốt so sánh với điều chỉnh PID thông thường thể chiến lược điều khiển hiệu việc xử lý lớp đối tượng kỹ thuật phức tạp Kết công bố hội nghị Quốc tế (ICACR 2019) công trình số [CT1] Thuộc loại SCOPUS, danh mục cơng bố cơng trình khoa học luận án CHƯƠNG ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TUABIN THỦY ĐIỆN LIÊN KẾT VÙNG ĐỂ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ TẢI 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo để tổng hợp điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng 4.2.1 Những khái niệm mạng nơ ron nhân tạo 4.2.2 Các phương pháp huấn luyện mạng nơ ron nhân tạo 4.2.2.1 Học có giám sát (Supervised Learning) 4.2.2.2 Học củng cố 4.2.2.3 Học khơng có giám sát (Unsupervised Learning) Bảng 4.1 So sánh ba phương pháp học mạng nơ ron nhân tạo Bộ não người Mạng nơ ron nhân tạo Học có hướng dẫn giáo viên Học có giám sát Học có đánh giá giáo viên Học củng cố Tự học Học khơng có giám sát 4.2.2.4 Mạng truyền thẳng lớp 4.3 Các chiến lược điều khiển tốc độ tuabin toán điều khiển tần số hệ thống thủy điện ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo 4.3.1 Chiến lược điều khiển tần số - tải sử dụng điều khiển NARMA-L2 14 Hình 4.9 Mơ hình mơ thủy điện liên kết vùng sử dụng điều khiển NARMA - L2 dựa ANN 4.3.2 Bộ điều khiển LFC dựa MRAC 4.3.3 MPC ứng dụng ANN cho LFC 4.3.3.1 Cấu trúc MPC dựa ANN ANN – dựa MPC f Tín hiệu đặt Pdi(t) ui(t) Điều tốc g Tua bin thủy điện Máy phát fi(t) Vùng điều khiển Thuật tốn huấn luyện Mơ hình NN Nhận dạng hệ thống Cơ chế tối ưu hóa Mơ hình NN Điều khiển dự báo fi (t ) Ptiei, (t) Hình 4.11 Mơ hình MPC dựa ANN áp dụng cho vùng điều khiển thứ i 4.3.3.2 Chiến lược LFC Áp dụng MPC ứng dụng ANN (i) Kịch 1: MPC ứng dụng ANN áp dụng cho hệ thống điện khu vực Hình 4.20 (a) (ii) Kịch 2: Bộ điều khiển LFC loại MPC dựa ANN áp dụng cho hệ thống thủy điện liên kết hai khu vực Hình 4.20 (b) T   J     fi (t )   Ptie,ij dt (4.16) i, j  0 i PL ANN – MPC f Hàm mục tiêu g k Điều tốc Cơ chế tối ưu hóa Tua bin thủy điện f Máy phát NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐƠN VÙNG (a) 15 CONTROL-AREA ANN – MPC1 ACE1(t) f Hàm mục tiêu ACE2(t) f k1 g Điều tốc PL1 f1 Tua bin thủy điện Máy phát Compute Ptie12 Cơ chế tối ưu hóa g ANN – MPC2 k2 Điều tốc Tua bin thủy điện Máy phát f2 PL2 CONTROL-AREA (b) Hình 4.12 Cấu trúc điều khiển hệ thống thủy điện áp dụng điều khiển LFC (a) Nhà máy thủy điện đơn vùng (b) Hệ thống thủy điện liên kết hai khu vực 4.4 Các kết mô 4.4.1 Điều khiển thủy điện đơn vùng sử dụng điều khiển nơ ron Hình 4.13 Mơ hình thủy điện đơn vùng 4.4.2 Điều khiển thủy điện liên kết hai vùng sử dụng điều khiển nơ ron 4.4.2.1 Kết mô cho điều khiển NARMA MRAC (i) Trong kịch đầu tiên, phụ tải thay đổi xuất khu vực thời điểm cường độ khác (xem Hình 4.16-4.18) Hình 4.16 Kết mơ cho kịch mô (a) Tải thay đổi; (b) Đáp ứng động độ lệch tần số khu vực đầu tiên; (c) Đáp ứng động độ lệch tần số khu vực thứ hai 16 Hình 4.17 Sai lệch cơng suất Hình 4.18 Hàm mục tiêu cho trao đổi đường dây kịch mô trường hợp mô Bảng 4.3 Kết so sánh dựa số tiêu chuẩn điều khiển trường hợp mô PID NARMA MRAC Tiêu chuẩn ACE1 ACE2 ACE1 ACE2 ACE1 ACE2 8.6040 9.0902 2.4292 2.9809 3.0097 3.4023 IAE 0.4119 0.5678 0.0792 0.1844 0.0942 0.2010 ISE 1233.0 1317.0 215.6 325.8 293.0 374.8 ITAE ITSE*10-3 6243.2 9055.6 850.4 2575.7 1059.8 2836.0 Hình 4.19 Kết mơ cho kịch thứ hai (a) Thay đổi tải khu vực (b) Biến động độ lệch tần số khu vực 17 Hình 4.20 Các hàm mục tiêu cho trường hợp mô thứ hai Bảng 4.4 So sánh chất lượng điều khiển dựa hai tiêu chuẩn điều khiển IAE ISE cho trường hợp mô thứ hai Tiêu chuẩn PID NARMA MRAC IAE 39.1473 24.9040 24.6673 ISE 6.7665 2.8997 2.8608 Các kết mô cho thấy hiệu vượt trội điều khiển nơ ron NARMA MRAC so với điều khiển PID 4.4.2.2 Kết mô cho điều khiển MPC Hình 4.21 Quá trình huấn luyện hai điều khiển LFC dựa ANN - kết điển hình 18 Hình 4.22 Kết mơ nhà máy thủy điện liên kết hai khu vực (a) Tải thay đổi; (b) Độ lệch tần số vùng điều khiển đầu tiên; (c) Độ lệch tần số vùng điều khiển thứ hai Hình 4.23 Cơng suất trao đổi đường dây hàm mục tiêu (a) Dòng điện liên kết; (b) Hàm mục tiêu Bảng 4.5: Kết so sánh dựa số tiêu chí điều khiển Chỉ tiêu PID MPC 0.0378 0.0266 IAE (*10-3) 0.0047 0.0034 ISE (*10-3) 7.4247 5.1596 ITAE (*10-3) 0.8990 0.6432 ITSE (*10-3) 4.5 Kết luận chương Kết mô sử dụng phần mềm MATLAB/Simulink chứng tỏ ưu vượt trội ba điều khiển so với điều khiển kinh điển PID 19 Khi đánh giá, so sánh điều khiển LFC ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo, đưa số nhận xét sau: - Bộ điều khiển NARMA-L2 có thời gian huấn luyện mạng nhanh khơng cần q trình nhận dạng đối tượng điều khiển, đối tượng điều khiển tuyến tính hóa - Bộ điều khiển MRAC u cầu hai trình: nhận dạng đối tượng điều khiển huân luyện mạng nơ-ron cho điều khiển - Bộ điều khiển MPC cần trình nhận dạng đối tượng điều khiển, nhiên MPC điều khiển dự báo cần nhiều thời gian chạy mô Các kết cơng bố cơng trình số [CT2], [CT3] danh mục cơng bố cơng trình khoa học luận án CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH TỐC ĐỘ TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 5.1 Đặt vấn đề 5.2 Tổng hợp phân tích giải pháp điều khiển cho nhà máy thủy điện đơn vùng liên kết vùng 5.2.1 Sơ đồ mô nhà máy thủy điện đơn vùng ứng dụng điều khiển mờ mạng nơ ron Hình 5.1 Mơ hình điều khiển ứng dụng cho đơn vùng Hình 5.3 So sánh đáp ứng sai lệch tốc độ máy phát sử dụng điều khiển ứng dụng logic mờ, mạng nơ-ron PID - đơn vùng 20 5.2.2 Mô hình hệ thống điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng để ổn định tần số tải Hình 5.4 Mơ hình điều khiển ứng dụng cho liên kết vùng Hình 5.5 Thay đổi tải cho vùng Hình 5.6 Đáp ứng độ lệch tốc độ cho vùng sử dụng điều khiển tốc độ tuabin khác Hình 5.7 Đáp ứng độ lệch tốc độ cho vùng sử dụng điều khiển tốc độ tuabin khác Hình 5.8 Tín hiệu điều khiển vị trí van vùng Hình 5.9 Tín hiệu điều khiển vị trí van vùng Hình 5.10 Độ lệch cơng suất cho khu vực 21 Hình 5.11 Độ lệch cơng suất cho khu vực (a) - Hình 5.12 Độ lệch tốc độ cho khu vực Độ lệch tôc độ (b) Độ lệch tơc độ Hình 5.13 Độ lệch tốc độ cho khu vực (a) Độ lệch công suất (b) Độ lệch cơng suất Hình 5.14 Độ lệch cơng suất đường dây khu vực 1,2 Ở khu vực ( vùng 1) (a) Sai lệch vùng (b) Sai lệch vùng Hình 5.15 Sai lệch vùng điều khiển khu vực 22 (a) (b) Hình 5.16 Sai lệch tín hiệu vùng ACE - giá trị tuyệt đối Hình 5.17 Chỉ tiêu ITAE cho tín hiệu sai lệch điều khiển vùng Trên hình 5.17 ta vẽ biểu đồ để so sánh chất lượng xét, ta thấy điều khiển MPC có chất lượng tốt sau đến điều khiển NARMA MRAC, điều khiển FLC cuối điều khiển PID Ở khu vực ( vùng 2) Hình 5.18 Sai lệch vùng điều khiển khu vực 23 Hình 5.20 Chỉ tiêu ITAE cho tín hiệu sai lệch điều khiển vùng Trên hình 5.20, ta vẽ biểu đồ để so sánh chất lượng xét, ta thấy điều khiển MPC có chất lượng tốt sau đến điều khiển MRAC, NARMA điều khiển FLC cuối điều khiển PID Hình 5.20 Chỉ tiêu ITAE cho tín hiệu sai lệch điều khiển vùng Bảng 5.1 So sánh điều khiển dựa tiêu chất lượng ITAE cho đáp ứng sai lệch tốc độ máy phát Chỉ tiêu so sánh Vùng Vùng MRAC 0.40091 0.40094 NARMA 0.26399 0.26401 Bộ điều khiển PID FLC MPC 0.43384 0.41620 0.342361 0.51285 0.41622 0.34238 Bảng 5.2 So sánh điều khiển dựa tiêu chất lượng ITAE cho độ lệch công suất trao đổi đường dây hai vùng Bộ điều khiển Chỉ tiêu so sánh P12_ MRAC P12_ NARMA P12_ PID P12_ FLC P12 _ MPC ITAE 0.314738 0.32221 4.154547 0.32321 0.270638 5.3 Kết luận chương Trong chương này, luận án tổng hợp mô phỏng, so sánh giải pháp khác ứng dụng điều khiển logic mờ mạng nơ ron thiết kế chương trước cho thủy điện đơn vùng liên kết vùng - Các giải pháp điều khiển thông minh ứng dụng điều khiển mờ nơ ron có chất lượng cao sử dụng điều khiển PID - Về nguyên tắc, hệ thống sử dụng điều khiển nơ ron có tốc độ cao hơn, cần thời gian huấn luyện mạng - Với đơn vùng: Bộ điều khiển mạng nơ ron dùng MPC cho kết tốt chất lượng điều chỉnh, sai lệch tĩnh, trình độ so với điều khiển mờ loại PI MRAC, NARMA-L2 24 - Đối với liên kết vùng: Tùy vào vị trí cần quan tâm có giải pháp tối ưu phù hợp, với vùng điều khiển điều khiển nơ ron NARMAL2, cịn với cơng suất đường dây liên kết điều khiển nơ ron MPC - Chẳng hạn, hệ thống thủy điện đơn vùng, khơng u cầu thời gian tác động nhanh, ta lựa chọn điều khiển MPC Tuy nhiên, đòi hỏi thời gian tác động nhanh, giải pháp lựa chọn điều khiển NARMA-L2 tính đến Bộ điều khiển mờ lại có ưu đối tượng có bất định KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Những kết đạt luận án - Thiết kế điều khiển PID mờ tối ưu sử dụng thuật tốn tìm kiếm tối ưu nguyên lý sinh học tự nhiên PSO, GA, DE cho hệ thống điều khiển tuabin thủy lực liên kết vùng - Tổng hợp 03 điều khiển mạng nơ ron nhân tạo MPC, MRAC, NARMA - L2 cho hệ thống điều khiển tuabin thủy lực liên kết vùng - Xây dựng chương trình mơ máy tính để so sánh, đánh giá giải pháp điều khiển đề luận án B Kiến nghị: Các kết nghiên cứu đạt luận án sử dụng cho mục đích đào tạo, nghiên cứu thử nghiệm, chế tạo để ứng dụng thay cho điều khiển PID sử dụng cho nhà máy thủy điện Việt Nam Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện phát triển điều khiển thông minh sử dụng thuật toán tối ưu để chế tạo điều khiển ứng dụng cho nhà máy thủy điện Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ [CT1] DuyTrung-Nguyen, NgocKhoat-Nguyen, HungLan-Le, VanTiem-Nguyen (2019), Publication: ICACR 2019: Proceedings of the 2019 3rd International Conference on Automation, Control and Robots, October 2019 Pages 61-66 Designing PSO-Based PI-type Fuzzy Logic Controllers: A Typical Application to Load-Frequency Control Strategy of an Interconnected Hydropower System https://doi.org/10.1145/ 3365265.3365278 (Ei Compendex and Scopus) [CT2] DuyTrung-Nguyen, NgocKhoat-Nguyen, HungLan-Le, VanTiem-Nguyen (2020), Intellgent ann - Based load frequency control strategies for an interconnected hydropower system Journal of military science and technology research Page (43-54).No 65 [CT3] DuyTrung-Nguyen, NgocKhoat-Nguyen, HungLan-Le, VanTiem-Nguyen (2020); Study on application of ann - based MPC controller for load - frequency control of an interconnested hydropower Plant, Journal of military science and technology research Page (86 -97).No 65 [CT4] DuyTrung-Nguyen, NgocKhoat-Nguyen, HungLan-Le, VanTiem-Nguyen, Thi Thu Huong- Hoang, Thi Mai PhuongDao (2020), Nghiên cứu xây dựng mô hình tốn học cho hệ thống thủy điện liên kết vùng toán ổn định tốc độ tuabin Tạp chí Khoa học Cơng nghệ: Tập 56, số tháng 6/2020 Page (29-34) P -ISSN;1859; E-ISSN 2615 - 9619 [CT5] DuyTrung-Nguyen, NgocKhoat-Nguyen, HungLan-Le, VanTiem-Nguyen, Thi Thu Huong- Hoang, Thi Mai PhuongDao (2020), Tổng quan điều khiển tốc độ tuabin hệ thống thủy điện liên kết vùng để ổn định tần số lưới, Tạp chí Khoa học Công nghệ: Tập 56, số tháng 4/2020 Page (3843) P -ISSN;1859; E-ISSN 2615 - 9619 [CT6] Nguyen Duy Trung Hoang Thi Thu Huong, Le Hung Lan, Nguyen Van Tiem, So sánh phân tích điều khiển thơng minh cho điều khiển tốc độ tua bin thủy điện , Tạp chí Khoa học Cơng nghệ: Tập 56, số (tháng 10/2020) P -ISSN;1859; EISSN 2615 - 9619 ( chấp nhận đăng) ... Nghiên cứu, xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển tốc độ tuabin thủy điện liên kết vùng - Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển tốc độ tuabin thuỷ điện liên kết vùng sở logic mờ mạng nơ ron nhân tạo, ... ? ?Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển tốc độ tuabin thuỷ điện liên kết vùng sở logic mờ mạng nơron nhân tạo? ?? Mục đích đề tài Nghiên cứu, xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển tốc độ tuabin thủy điện. .. điện liên kết vùng Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển tốc độ tuabin thuỷ điện liên kết vùng sở logic mờ mạng nơ ron nhân tạo nhằm nâng cao chất lượng điều khiển Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu