ỨNG DỤNG HỆ MỜ ĐIỀU KHIỂN SVC TRÊN LƯỚI ĐIỆN

ỨNG DỤNG HỆ MỜ ĐIỀU KHIỂN SVC TRÊN LƯỚI ĐIỆN APPLICATION OF FUZZY LOGIC CONTROL OF SVC TO POWER SYSTEM TÓM TẮT Bài báo trình bày kết quả ứng dụng hệ mờ điều khiển các bộ SVC truyền thống nhằm so sánh chúng với nhau để thấy được sự ưu thế của phương pháp mới này. ABSTRACT This paper presents the use of fuzzy logic method to control the SVCs. Its aim is to make a comparison between them in order to identify the advantages of this fuzzy logic control SVC. 1. Đặt vấn đề Các phương pháp điều khiển thông thường đều cần đến mô hình đối tượng tuyến tính hay phi tuyến. Tuy nhiên đối với điều khiển mờ l à không cần thiết quan tâm đến mô hình toán học của đối tượng. Nhờ vào quan hệ vào ra của đối tượng phi tuyến được nhận biết thông qua quan sát và dùng làm cơ sở để xây dựng hàm liên thuộc cũng như luật suy diễn. Thông qua phép thử và hiệu chỉnh ta sẽ tinh chỉnh bộ điều khiển mờ để đạt kết quả tốt hơn. Vì vậy việc áp dụng fuzzy logic sẽ có ý nghĩa rất lớn trong việc ứng dụng vào điều khiển SVC trên lưới điện: - Tăng tốc xử lý khi SVC cần làm việc - Đơn giản và giúp SVC thông minh hơn trong quá trình phản ứng 2. Bộ điều khiển mờ Một bộ điều khiển mờ gồm có ba khâu cơ bản: - Khâu Fuzzy hóa: chuy ển đổi một giá trị rõ đầu vào thành một vector  gồm các độ phụ thuộc của giá trị rõ đó theo các giá trị mờ (tập mờ) đã định nghĩa cho biến ngôn ngữ đầu vào. - Lu ật hợp thành: xử lý vector  và cho ra giá tr ị mờ B’ của biến ngôn ngữ đầu ra. Khâu giải mờ: chuyển đổi tập mờ B’ thành m ột giá trị rõ. Hình 1. FIS Editor Hình 2. Membership Function Editor Hình 3. Rule Editor 3. Fuzzy Logic Toolbox Nhằm hỗ trợ việc thiết kế một bộ điều khiển mờ, Matlab cung cấp hộp công cụ Fuzzy Logic Toolbox. Fuzzy Logic Toolbox hỗ trợ hai cách thức để thiết kế bộ điều khiển mờ: - Dùng các dòng l ệnh (Command line). - Sử dụng bộ công cụ với giao diện đồ họa GUI tools. B ộ công cụ GUI tools bao gồm các thành ph ần: FIS Editor, Membership Function Editor, Rule Editor, Rule Viewer, Surface Viewer, ANFIS Editor. FIS Editor. FIS Editor hiển thị và cho phép thay đổi những thông số chung nhất của một hệ mờ. - Phương pháp xây dựng hệ mờ: Mamdani hay Sugeno. - Tên, s ố lượng, phạm vi của các giá trị input. - Tên, ph ạm vi của giá trị output. MembershipFunction Editor. Membership Function Editor chia sẻ các thông tin về hệ mờ với FIS Editor. Membership Function Editor cho phép xây dựng, hiệu chỉnh các hàm liên thuộc tương ứng với các giá trị input, output. Fuzzy Logic Toolbox cung c ấp nhiều dạng hàm liên thuộc khác nhau. Rule Editor. Rule Editor cho phép thiết lập, hiệu chỉnh các quy luật điều khiển (các mệnh đề hợp thành). Rule Viewer và Surface Viewer. Rule Viewer cho phép kiểm tra đáp ứng của hệ mờ với các giá trị input khác nhau. Surface Viewer cho phép xem mối quan hệ giữa input và output dưới dạng đồ thị. Hình 4. Thông số SVC_ fuzzy Hình 5. Mô hình khối SVC_ fuzzy 4. Ứng dụng Fuzzy Logic vào hệ thống IEEE 30 bus 4.1. Mô hình SVC sử dụng fuzzy logic Khối SVC_fuzzy cấu tạo tương tự như khối SVC nguyên thủy của Matlab. 4.2. Input – Output - Input: Các đầu vào A, B, C được nối trực tiếp vào lưới điện. - Output: Q comp – lượng công suất kháng SVC cung cấp cho lưới hoặc hấp thụ từ lưới. 4.3. Các thông số của khối SVC. - Nominal voltage (V rms Ph-Ph): giá trị hiệu dụng điện áp dây định mức. - Reactive power limits [Qc(Mvar>0), Ql(Mvar<0)]: gi ới hạn công suất kháng của SVC. - Three-phase base power Pbase (VA): công suất định mức. - Reference voltage Vref (pu): điện áp đặt. - Time constant of voltage measurement system Tm (s): hằng số thời gian của hệ thống đo điện áp. - Average time delay due to thyristor valves firing Td (s): thời gian trễ để kích các thyristor. 4.4. Mô hình khối SVC_ fuzzy. Khối SVC _ fuzzy được kết nối trực tiếp lên lưới, đo điện áp lưới, chuyển đổi sang điện áp pha ở giá trị tương đối. Điện áp pha kết hợp với giá trị điện dẫn B (susceptance) từ khối Voltage Regulator tạo nguồn dòng phát vào lưới. Khối Voltage regulator chuyển giá trị điện dẫn B (susceptance) ở đơn vị tương đối. 4.5. Hệ thống IEEE 30 Bus SVC được đặt ở các bus 10 và 24. Delta Volt (%) t(s) Hình 7. Điện áp tại bus 10 Delta Volt (%) t(s) Hình 8. Điện áp tại bus 24 Hình 6. Sơ đồ IEEE 30 bus Thông số của SVC: Vrms = 33e3. Bus 10: [Qc Ql] = [60 -60]. Bus 24: [Qc Ql] = [18 -18]. Pbase = 1000e6. Vref = 1. Tm = 8e-3. Td = 4e-3. 4.6. Kết quả mô phỏng 4.7. Tổng kết mô phỏng ☼ SVC không sử dụng fuzzy logic Điện áp tại các bus được hiệu chỉnh tốt nhất với K i = 50 . Không đặt SVC. Bus 10 : V = -25% Bus 24 : V = -35% Bus 2 : V = -2,5% Bus 12 : V = -9,5% Bus 21 : V = -33% Sau khi đặt SVC. Bus 10 : V = 0% Bus 24 : V = -1% ÷ 1% Bus 2 : V = -1,8% ☼ SVC kết hợp với fuzzy logic vào luới điện chuẩn Không đặt SVC. Bus 10 : V = -25% Bus 24 : V = -35% Bus 2 : V = -2,5% Bus 12 : V = -9,5% Bus 21 : V = -33% Sau khi đặt SVC_fuzzy. Bus 10 : V = 0% Bus 24 : V = -8% Bus 2 : V = -1% Bus 12 : V = -5% Bus 21 : V = -9% ÷ -8% Th ời gian hiệu chỉnh khoảng từ 0,1s ÷ 0,2s. Với K i càng lớn, thời gian hiệu chỉnh càng ngắn. Bus 12 : V = -5% Bus 21 : V = -10% Th ời gian hiệu chỉnh khoảng 4s. 5. Kết luận Việc sử dụng SVC có thể giữ điện áp ổn định trong một giới hạn cho phép. Kết quả hiệu chỉnh của SVC là khá tốt. So với việc sử dụng tụ điện thì SVC có th ể hiệu chỉnh điện áp nhuyễn hơn, không bị nhảy nấc. Khi sử dụng mô hình SVC với các hằng số Kp và Ki, để việc hiệu chỉnh đạt kết quả tốt nhất, phải xác định các giá trị Kp, Ki ph ù hợp với từng lưới điện cụ thể. Đặc biệt với lưới điện lớn thì việc xác định các giá trị Kp, Ki sẽ không đơn giản. Tốc độ đáp ứng của hệ thống phụ thuộc vào Ki và càng nhanh nếu Ki càng lớn. Mô hình SVC kết hợp với Fuzzy Logic không phụ thuộc vào các hằng số Kp, Ki. Tuy nhiên để kết quả chính xác th ì cần phải xác định giá trị công suất Qcomp cần thiết cũng như các giá trị độ lệch điện áp tương ứng. Như vậy, việc sử dụng mô h ình SVC kết hợp với Fuzzy Logic sẽ thực tế và hợp lý hơn với lưới điện lớn. Nếu xác định được một cách chính xác và đầy đủ hơn số liệu tải, sụt áp cũng như dung lượng tụ b ù thì kết quả hiệu chỉnh càng chính xác hơn nữa. Khối Fuzzy logic nếu được thiết kế tốt hơn với một tập mờ đầy đủ, chính xác cũng như kết hợp th êm một vài đầu vào như dòng điện, hệ số công suất thì kết quả cũng sẽ tốt hơn. Tóm lại, việc sử dụng Fuzzy logic trong điều khiển SVC để ổn định điện áp cũng như bù công suất kháng trên lưới sẽ đem lại kết quả rất tốt. Ghi chú: SVC: Static Var Compensator Fuzzy logic: H ệ mờ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Bách, Lưới điện và Hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2000. [2] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xu ất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1999. [3] Lã Văn Út, Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện, Nxb Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2001. [4] Arnim Herbig, On load Flow Control in Electrical Power Systems, Stockholm, 2000. [5] Carson W. Taylor, Power System Voltage Stability, 1994. [6] Darren Redfern, Colin Campell, The Matlab5Handbook, Springer. [7] Satish Maram, Hierrachical Fuzzy Control of the UPFC and SVC located in AEP’s Inez Area, Master of Sciences in Electrical Engineering, 2003. . ỨNG DỤNG HỆ MỜ ĐIỀU KHIỂN SVC TRÊN LƯỚI ĐIỆN APPLICATION OF FUZZY LOGIC CONTROL OF SVC TO POWER SYSTEM TÓM TẮT Bài báo trình bày kết quả ứng dụng hệ mờ. chỉnh bộ điều khiển mờ để đạt kết quả tốt hơn. Vì vậy việc áp dụng fuzzy logic sẽ có ý nghĩa rất lớn trong việc ứng dụng vào điều khiển SVC trên lưới điện: