Nghiên cứu khả năng ứng dụng phương pháp điều khiển tựa theo thụ động passivity based để điều khiển máy phát điện không đồng bộ 3 pha nguồn kép

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG Ƣ́NG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỰA THEO THỤ ĐỘNG (Passivity - Based) ĐỂ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA NGUỒN KÉP Ngành : TƢ̣ ĐỘNG HÓA Học Viên: TRƢƠNG VĂN BIỂN Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS NGUYỄN NHƢ HIỂN THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HỒ XÃ HỢI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG Ƣ́NG DỤNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TƢ̣A THEO THỤ ĐỘNG (Passivity - Based) ĐỂ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA NGUỒN KÉP Học Viên: Trƣơng Văn Biển Lớp: TĐH – K11 Ngành : Tự động hóa Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành đề tài: KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên NGƢỜI HƢỚNG DẪN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình tơi tự làm nghiên cứu, luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nhƣ nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Trương Văn Biển Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Mở đầu Chƣơng Tổng quan về phƣơng pháp điều khiển phi tuyến và áp dụng cho máy phát điện sức gió 1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển phi tuyến 1.1.1 Phƣơng pháp điều khiển phân tích mặt phẳng pha 1.1.2 Kỹ thuật Gain scheduling 1.1.3 Điều khiển tuyến tính hóa xác 1.1.4 Phƣơng pháp điều khiển dựa thụ động (Passivity 10 Based Control) 1.2 Tổng quan và mô hì nh hệ thống của máy phát điện sƣ́c gió 12 1.2.1 Tổng quan máy phát điện sức gió 12 1.2.2 Các phƣơng pháp điều khiển phía máy phát 18 Chƣơng Xây dựng cấu trúc điều khiển 20 2.1 Mơ hình tốn học, cấu trúc điều khiển phía máy phát 20 phía lƣới hệ thống phát điện chạy sức gió 2.1.1 Khái quát hệ thống máy phát điện chạy sức gió sử 20 dụng máy điện dị nguồn kép 2.2.1 Mơ hình tốn học phía máy phát phía lƣới 22 2.2.1.1 Mơ hình biến điều khiển phía máy phát 22 2.2.1.2 Mơ hình biến điều khiển phía lƣới 25 Chƣơng Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống bằng phƣơng 28 pháp điều khiển phi tuyến Passivity – Based 3.1 Cơ sở lý luận phƣơng pháp điều khiển Passivity – Based Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 28 3.1.1 Hệ Euler – Lagrange 28 3.1.2 Nguyên lý điều khiển dựa thụ động (PBC) 29 3.1.3 Phƣơng trình Euler-Lagrange 30 3.1.4 Các đặc tính hệ EL 33 3.1.5 Đặc tính ổn định hệ EL 41 3.2 Áp dụng phƣơng pháp Passivity – Bases để thiết kế hệ 43 thống điều khiển phía máy phát 3.2.1 Áp dụng phƣơng pháp Passivity – Based thiết kế điều 44 chỉnh dòng 3.2.2 Tổng hợp điều chỉnh thành phần ird miền liên tục 53 3.2.3 Tổng hợp điều chỉnh thành phần irq miền liên tục 55 3.2.4 Chuyển điều khiển dịng PBC phía máy phát sang dạng 56 số 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển phía lƣới 57 3.3.1 Mơ hình trạng thái liên tục phía lƣới 57 3.3.2 Các biến điều khiển phía lƣới 60 3.3.3 Tổng hợp điều chỉnh dịng phía lƣới 61 Chƣơng 4: Mô và đánh giá chất lƣợng hệ thống điều 64 khiển 4.1 Sơ đồ mô 64 4.2 Kết mô 67 4.3 Nhận xét kết 71 Kết luận kiến nghị 72 Tài liệu tham khảo 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Cuối kỷ 20 đầu kỷ 21 nguồn lƣợng cung cấp cho loài ngƣời cần phải xem xét: nguồn lƣợng hóa thạch nhƣ than đá , dầu mỏ cạn dần, đồng thời ô nhiễm môi trƣờng đốt nhiên liệu hóa thạch trở nên trầm trọng Năng lƣợng đƣợc quan tâm nhiều lựa chọn cho ngành lƣợng thay tƣơng lai Nguồn lƣợng đƣợc quan tâm lƣợng mặt trời, lƣợng địa nhiệt, lƣợng gió, lƣợng sóng biển, lƣợng thủy triều…Năng lƣợng góp phần lớn vào việc cải tạo sống nhân loại cải thiện môi trƣờng Với nhiều ƣu việt nhƣ sạch, không gây ô nhiễm mơi trƣờng , có tiềm lớn , vơ tận quy mơ tồn cầu , lƣợng sạch khẳng định vị trí thị trƣờng lƣợng giới Trong nhƣ̃ng năm qua, giới, đặc biệt quốc gia có tiềm lực khoa học cơng nghệ, có cơng nghiệp phát triển , có tài nguyên lƣợng thiên nhiên phong phú, có tầm nhìn chiến lƣợc đầu tƣ mạnh mẽ cho việc khai thác sử dụng nguồn sạch nhằm bổ sung , thay dần nguồn lƣợng hoá thạch phục vụ thiết thực cho phát triển kinh tế - xã hội nƣớc Là nƣớc nơng nghiệp, có khí hậu nhiệt đới gió mùa , có bờ biển dài 3260km và hàng trăm đảo lớn nhỏ ven bờ , đón gió trực tiếp từ biển Đông thổi vào là nhƣ̃ng điều kiện thuận lợi để khai thác tớt các ng̀n lƣợng gió Các hệ thống biến đổi lƣợng gió thay hệ thống cung cấp lƣợng từ lƣới điện quốc gia vùng nông thôn biệt lập , nơi mà việc phát triển lƣới điện không khả thi mặt kinh tế Để đánh giá về ng̀n lƣợng gió nà y ta thấy: Năng lƣợng gió đƣợc xem nhƣ nguồn lƣợng dễ khai thác với chi phí đầu tƣ vận hành tƣơng đối thấp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Tƣ̀ nhƣ̃ng đánh giá quan trọng chúng ta cần phải tiến hành nghiên cƣ́u phƣơng pháp ứng dụng khoa học kỹ thuật hiện đại vào việc khai thác nguồn lƣợng sạch này nhằm phát triển lĩ nh vƣ̣c lƣợng gió ở nƣớc ta mạnh nƣ̃a Trong thời gian qua đã có một số công trì nh nghiên cƣ́u tổng hợp kỹ thuật, thuật toán điều khiển hệ thống điều khiển máy phát điện sức gió nhằm khai thác tốt nguồn lƣợng gió vơ q giá Trong khuôn khổ đề tài này, đƣa thuật toán thiết kế điều khiển phi tuyến dựa thụ động Passivity - Based nhằm thấy đƣợc tính khả thi việc áp dụng phƣơng pháp để cải thiện chất lƣợng hệ thống điều khiển Sau đƣợc kiểm tra tính đắn thuật toán hệ thống máy phát điện nguồn kép mô Matlab-Simulink.- Plecs Nội dung đề tài đƣợc chia làm chƣơng: - Chƣơng Tổng quan về phƣơng pháp điều khiển phi tuyến và áp dụng cho máy phát điện sức gió - Chƣơng 2: Xây dƣ̣ng cấu trúc điều khiển - Chƣơng 3: Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống bằng phƣơng pháp điều khiển phi tuyến Passivity – Based - Chƣơng 4: Mô đánh giá khả ứng dụng hệ thống điều khiển Trong trình tiến hành làm luận văn, đƣợc hƣớng dẫn tận tình thầy hƣớng đẫn PGS.TS Nguyễn Như Hiển thân tác giả cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu cơng trình nghiên cứu, cơng bố tạp chí ấn phẩm khoa học, xong luận văn khơng thể tránh khỏi đƣợc thiếu sót Tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp nhận xét đánh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn giá q báu thầy giáo, nhà nghiên cứu khoa học quan tâm đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới sự hƣớng dẫn tận tình chu đáo thầy hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Như Hiển thầy, cô giáo khác giúp đỡ chuyên môn nhƣ tài liệu thầy, làm cho em có đƣợc luận văn hoàn chỉnh sâu sắc Em xin chân thành cảm ơn Khoa Sau đại học, Ban giám hiệu trƣờng Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi mặt để em hồn thành khóa học Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 30 tháng năm 2010 Ngƣời thực Trương Văn Biển Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chữ viết tắt ADC Bộ chuyển đổi tƣơng tự số CL Chỉnh lƣu CTĐTT Chuyển tọa độ trạng thái DAC Bộ chuyển đổi tƣơng tự số ĐC Điều chỉnh ĐCVTKG Điều chế vector không gian ĐLĐK Đại lƣợng điều khiển ĐKPHTT Điều khiển phản hồi trạng thái DSP Digital signal processor – Vi xử lý tín hiệu HSCS Hệ số cơng suất NLPL Nghịch lƣu phía lƣới NLMP Nghịch lƣu phía máy phát MDBNK Máy điện dị nguồn kép MHTT Mô hình tính tốn MIMO Multi input – multi output THĐAL Tựa hƣớng vector điện áp lƣới PĐSG Phát điện sức gió PLL Phase Locked Loop PWM Điều chế độ rộng xung TSP Tính tốn giá trị đặt TTHCX Tuyến tính hóa xác VĐK Vi điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình số Nội dung 1.1 Kỹ thuật Gain scheduling 1.2 Turbine gió với tốc độ ổn định 1.3 Turbine gió với tốc độ thay đổi có biến đổi nối trực tiếp stato 1.4 Turbine gió với tốc độ thay đổi sử dụng MDBNK 1.5 Sơ đồ cấu trúc điều khiển phi tuyến 2.1 2.2 Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống máy phát điện chạy sức gió sử dụng máy điện dị nguồn kép Sơ đồ cấu trúc điều khiển phía máy phát 2.3 Biểu diễn véc tơ dịng điện phía lƣới 2.4 Sơ đồ cấu trúc điều khiển phía phía lƣới 2.5 3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển phía máy phát phía lƣới hệ thống PĐSG sử dụng MDKBNK Phân tích hệ EL thành hai hệ thụ động 3.2 Nối theo kiểu phản hồi hai hệ EL 3.3 3.4 Hệ thống điều khiển máy phát (MDKBNK) hệ thống PĐSG sử dụng điều chỉnh Passivity – Based Phân tích MDBNK thành động học phần điện phần 3.5 Hình 3.5 Sơ đồ tổng qt mạch điện phía lƣới 3.6 Hình 3.6 Biểu diễn véc tơ dịng điện phía lƣới 3.7 Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển phía lƣới 3.8 Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển gián đoạn phía lƣới 3.9 Hình 3.9 Hệ thống điều khiển phía lƣới phía máy phát (MDKBNK) hệ thống PĐSG sử dụng điều chỉnh Passivity - Based 4.1 Hình 4.1 Sơ đồ mô hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị nguồn kép Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2.3 Tổng hợp điều chỉnh thành phần irq Tƣơng tự nhƣ thành phần ird ta cần phải tác động vào tín hiệu điều khiển tín hiệu dạng D().irq - gọi tín hiệu suy giảm, D() gọi hệ số suy giảm Tín hiệu điều khiển có dạng: u rqPBC  u*rq  D( ).irq Trong đó: (3.54) uPBC điện áp điều khiển PBC tạo u*r điện áp rotor mong muốn máy phát irq  irq  irq* sai lệch dòng điện rotor giá trị đặt giá trị lấy từ điều khiển mô men Từ (2.6) ta suy ra: u rq   Lr * di*rq dt  Lr ( 1 * 1 1 *  )irq   Lrr i*rd  Lr ( '*sq  Ts '*sd )  Lr u Tr Ts Ts Lm sq (3.55) Thay (3.55) vào (3.54) ta đƣợc: PBC u rq   Lr di*rq dt  Lr  Lr ( 1 *  )irq   Lrr i*rd Tr Ts 1 1 * ( '*sq  Ts '*sd )  Lr u sq  D( ).(irq  irq* ) Ts Lm (3.56) 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển phía lƣới 3.3.1 Mơ hình trạng thái liên tục phía lƣới Để phân tích tìm biến điều khiển phía lƣới trƣớc hết ta bƣớc vào xây dựng phân tích mơ hình tốn học hệ thống phía lƣới điện hệ toạ độ THĐAL Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 http://www.lrc-tnu.edu.vn Ta có sơ đồ tổng quát mạch điện phía lƣới nhƣ hình 3.5: CL Biến áp RD Lƣới 3~ LD 3~ = CF UDC uN RF iN Hình 3.5 Sơ đồ tổng qt mạch điện phía lƣới Theo [4] hệ phƣơng trình trạng thái mơ tả phía lƣới có dạng: 1  diNd   i   i  (u Nd  eNd ) Nd N Nq  dt T L  D D   diNq   i   i  (u  e ) Nq N Nd Nq Nq  dt TD LD (3.57) Hệ phƣơng trình (3.57) đƣợc viết dƣới dạng mơ hình trạng thái:  dx   A.x  B.u  dt (3.58) Qua mơ hình trạng thái hệ thống lƣới ta nhận thấy đại lƣợng điều khiển điện áp khâu nghịch lƣu phía lƣới véc tơ trạng thái hai thành phần dòng điện iNd iNq Vì khâu điều chỉnh vịng khâu điều chỉnh dịng phía lƣới Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 http://www.lrc-tnu.edu.vn Hơn ta nhận thấy mơ hình có eN đại lƣợng nhiễu đầu vào gây điện áp lƣới Tuy nhiên lƣợng nhiễu nhiễu cố định Nên ta khử khâu bù nhiễu tích hợp khâu điều chỉnh dịng 3.3.2 Các biến điều khiển phía lƣới Nhƣ ta biết nhiệm vụ hệ thống điều khiển phía lƣới lấy lƣợng từ lƣới để cung cấp cho mạch chiều chế độ dƣới đồng hoàn trả lƣợng từ mạch chiều lên lƣới chế độ đồng hai q trình điện áp chiều trung gian uDC phải đƣợc giữ ổn định (không đổi) Biểu diễn dịng điện phía lƣới hệ toạ độ dq nhƣ hình 3.6: jq iNq iN iNd uN  us d Hình 3.6 Biểu diễn véc tơ dịng điện phía lƣới Ta có [4]: iN = iNd + jiNq (3.59) Công suất biểu kiến biến đổi phía lƣới: SN = PN +jQN = 3uN.iN* = 3(uNd.iNd + uNq.iNq) + j3(uNq.iNd – uNd.iNq) (3.60) Trên hệ toạ độ tựa theo điện áp lƣới, uNq = (3.60) trở thành: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 http://www.lrc-tnu.edu.vn SN = PN +jQN = 3uNd.iNd - j3uNd.iNq (3.61) Từ (3.61) ta dễ dàng suy đƣợc: PN = 3uNd.iNd (3.62) QN = -3uNd.iNq (3.63) Ta xét trƣờng hợp tụ không gian không nối với tải bỏ qua tổn hao biến đổi, ta có: PN = 3uNd.iNd = uDC.iDC Trong đó: iDC  C (3.64) duDC dt (3.65) Từ (3.64); (3.65) ta thấy thay đổi iNd thay đổi đƣợc uDC Từ (3.63) ta thấy đƣợc iNq có tác dụng sản sinh cơng suất vơ cơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 http://www.lrc-tnu.edu.vn Từ phân tích ta xây dựng đƣợc sơ đồ cấu trúc điều khiển phía lƣới nhƣ hình 3.7: u Khâu ĐC uDC UDC* UDC i*Nd - Khâu ĐCD uNq ejr uNβ i*Nq Q * N QN uN - CL MĐN ĐCVTKG  Khâu ĐCQ N iN iNd Tính Q tu tv tw uN uNd v w iNq e-jr iNu iNv iNβ uNd PLL Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển phía lƣới 3.3.3 Tổng hợp điều chỉnh dịng phía lƣới Do u cầu phía lƣới điều khiển ổn định điện áp chiều U DC cung cấp cho mạch chiều trung gian Vì nội dung luận án chọn phƣơng pháp thiết kế tuyến tính đơn giản phƣơng pháp tuyến tính Dead – Beat thơng thƣờng [3] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 http://www.lrc-tnu.edu.vn Xuất phát từ sơ đồ cấu trúc điều khiển nhƣ hình 3.8: eN(k) eN(k) HN i*N(k) (-) HN -1 RIN Z H -1 N uN(k) HN yN(k) iN(k+1 -1 ) Z I iN(k) CN Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển gián đoạn phía lƣới Theo [5] ta có điều khiển nhƣ sau: T   y Nd ( k )  xNd ( k )  (  T )x Nd ( k  )   NTx Nq ( k  )  y Nd ( k  )  D   y ( k )  x ( k )  (  T )x ( k  )   Tx ( k  )  y ( k  ) Nq Nq N Nd Nq  Nq TD Trong đó: x N  xNd  jxNq ; xNd  i*Nd  iNd ; xNd  i*Nq  iNq ; y N  yNd  jyNq Sau tìm đƣợc yN(k) ta tính uN(k) nhƣ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 http://www.lrc-tnu.edu.vn   LD  T u ( k  )  y ( k )  e ( k  )  Nd Nd  Nd  T  LD    u ( k  )  LD  y ( k )  T e ( k  ) Nq  Nq   Nq T  LD   (3.66) Các điều chỉnh dịng phía lƣới đƣợc xác định theo (3.66), ngồi điện áp biến đổi vào vùng giới hạn nên ta có hiệu chỉnh ngƣợc giá trị xN(k-1) yN(k-2) theo công thức (3.67) (3.68) Từ xNr(k-1) = xN(k-1) - HN[uN(k) - uNr(k)] suy ra: T  x ( k  )  x ( k  )  u Nd ( k )  u Ndr ( k ) Ndr Nd  T  D   x ( k  )  x ( k  )  T u ( k )  u ( k ) Nq Nq Nqr   Nqr TD  (3.67) Từ yNr(k-2) = HNuNr(k-1) - HNeNr(k-1)] suy ra:   y Ndr ( k  )    y ( k  )   Nqr T T u Ndr ( k  )  eNd ( k  ) LD LD (3.68) T T u Nqr ( k  )  eNq ( k  ) LD LD Vậy ta đƣợc sơ đồ cấu trúc tồn hệ thống nhƣ hình 3.9: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 http://www.lrc-tnu.edu.vn u Khâu ĐC uDC UDC* i*Nd - UDC Khâu ĐCD i*Nq Q * N QN uNd uN uNq ejr uNβ uN - ĐCVTKG  Khâu ĐCQ N iN iNd iNq Tính Q u MĐN CL tu tv tw v w Luới e-jr iNu iNv iNβ Nd u U DC v w MĐC Khâu ĐCMM mG* mG TSP Q* Q s isdq - i*rd urd i*rq ĐCDMP urq usdq Khâu ĐCQ ’*sd r ura ejr u u*sdq tr ts tt rb r t ĐCVTKG r S 3~ MP NL q irq irr ir ird r irs e-jr IE irβ n Q mG GTT r is isd * i rd i*rq ’*sd isq e-j N isβ ’*sq u*sd u*sq GTĐ N isu uNu PLL N uNd = isv uNv us Hình 3.9 Hệ thống điều khiển phía lƣới và phía máy phát (MDKBNK) hệ thống sử Thái dụng điều chỉnh - Based Số hóa Trung tâm Học liệuPĐSG – Đại học Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 71 Passivity Chƣơng MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 4.1 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG Để kiểm tra đánh giá chất lƣợng thuật toán nhƣ hệ thống điều khiển ta sử dụng phần mềm mô Matlab - Simulink - Plesc Sơ đồ mơ tồn hệ thống Matlab - Simulink - Plesc thể hình 4.1 Controlled Wind Power Plant with Passivity-Based Current Controller Using Doubly-fed Induction Motor Truong Van Bien Truong Dai hoc KTCN Thai Nguyen INITIALIZATION i*r mG mG_ref Transport Delay pulses1 Ugrid_dq omegaS pulses sinphi_ref mM_ref pulses2 theta_grid 1000 omegaS uDC_ref us_dq ir_dq Sync omegaR i*r is_dq pulses SSmG uDC ugrid Sync ir_dq thetaR uDC_ref omg_grid voltage dip RSw itch1 omega MG uDC iN_dq iN_dq P's_dq theta RSwitch cosphi ir_dq i_stator Grid Side Controller omegaR mL thetaR Out1 Toc dat i_rotor omega RSw itch Generator Side Controller cos phi Omega_roto u_grid uDC uDC DFIM Model1 -K- n omegar Start To Workspace6 Start Goto Hình 4.1 Sơ đồ mơ hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị nguồn kép Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Để kiểm chứng nghiên cứu tác giả dũng kết nghiên cứu để mô đối tƣợng máy phát điện không đồng nguồn kép với thông số: Pđm = KW Uđms = 230/400(/) fđm = 50 Hz zp = J= 0.032Kgm2 Rr = 1.32  Ls = 0.066H Ls = 0.0098H Lm = 0,1601H Uđmr = 366 V nđm =1950 V/p Rs =1.07  Cosđm = 0.85 ird* ird irq* -1 irq -2 -3 -4 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 Hình 4.2 Đáp ứng dịng rơto theo thành phần dq Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 http://www.lrc-tnu.edu.vn 200 -200 mG* -400 -600 mG -800 -1000 -1200 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 Hình 4.3 Đáp ứng mô men (công suất tác dụng) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 4.4 Đáp ứng điện áp pha Stato so với điện áp lƣới tính từ bắt đầu khởi động máy phát đến 0,3 giây Omega luoi Omega stato Theta luoi va Stato Omega Roto Hình 4.5 a, Tần số góc mạch stato và tần số góc mạch điện lƣới; b, Góc Theta stato và lƣới; c, Tần số góc mạch điện rơto máy phát Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 http://www.lrc-tnu.edu.vn KẾT LUẬN Với kết mô hệ thống điều khiển máy phát điện sức gió sử dụng động không đồng pha nguồn kép cho thấy luận văn hoàn thành yêu cầu đặt cho thấy chất lƣợng điều khiển phi tuyến Passivity – Based Các kết ban đầu là: Bộ điều khiển điều chỉnh đƣợc dòng điện thành phần ird irq bám theo giá trị đặt i*rd i*rq (hình 4.2), điều khiển điều chỉnh đƣợc công suất (mô men) mG bám theo giá trị đặt mG* (hình 4.3) đảm bảo đƣa đƣợc hệ thống điện áp pha đầu máy phát đảm bảo biên độ, tần số góc pha đồng thời đảm bảo hệ thống điện áp pha đối xứng (hình 4.4) Nhƣ với kết mô hệ thống cho thấy tính khả thi áp dụng phƣơng pháp điều khiển phi tuyến Passivity – Based cho đối tƣợng máy phát điện không đồng pha sử dụng hệ thống máy phát điện sức gió Là sở lý thuyết để phát triển hệ thống máy phát điện sức gió với điều khiển Passivity – Based thực tiễn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 http://www.lrc-tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đ.A.Đức: Thiết kế quan sát trạng thái hệ thống điều khiển tuyến tính hố động dị Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Thái Nguyên, số 44 (2007) [2] Đặng Danh Hoằng, "Hoà đồng máy phát điện lên lƣới phƣơng pháp điều khiển Passivity - Based", Tạp chí KHCN - Thái Nguyên, tập 64, số (2010) [3] Đặng Danh Hoằng; Nguyễn Phùng Quang, "Thiết kế điều khiển dựa thụ động (Passivity - Based) để điều khiển máy phát điện khơng đồng nguồn kép", Tạp chí KHCN trƣờng đại học kỹ thuật, số 76 (2010) [4] Đặng Danh Hoằng, "Nghiên cứu cải thiện chất lƣợng hệ thống điều khiển máy phát điện không đồng nguồn kép phƣơng pháp điều khiển phi tuyến", Đề tài NCKH cấp 2008 [5] L.K.Lãi, N.V.Huỳnh: Một phương pháp điều khiển tốc độ tuabin gió trục đứng Tạp chí Khoa học & cơng nghệ Đại học Thái Ngun, số 59 (2008) [6] N.D.Phƣơc, P.X.Minh, H.T.Trung: Lý thuyết điều khiển phi tuyến NXB KH KT, Hà Nội, 2003 [7] Nguyễn Dỗn Phƣớc, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002 [8] Nguyễn Phùng Quang, “Máy điện dị nguồn kép dùng làm máy phát hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật tốn điều chỉnh bảo đảm phân ly mô men hệ số công suất”, Tuyển tập VICA 3, Hà Nội, 4/1998, tr 413-437 [9] Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha (tái lần thứ 1) Nhà xuất Giáo dục, 1998 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 http://www.lrc-tnu.edu.vn [10] Nguyễn Phùng Quang, Andreas Dittrich, Truyền động điện thông minh, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002 [11] Phùng Ngọc Lân, “Tổng hợp hệ thống điều khiển thiết bị phát điện sức gió dùng máy điện dị nguồn kép, kiểm chứng nguyên lý qua mô Matlab Simulink”, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội, 2001 [12] Tuyển, C.X.; Quang, Ng.Ph., “Các thuật toán phi tuyến sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thống máy phát điện chạy sức gió”, The 6th Vietnam Conference on Automation (6th VICA), Proc,2005, pp 545 – 550 [13] Alberto Isidori, Nonlinear Control Systems (Third Edition), Springer-Verlag, 1995 [14] Désiré Le Gouriérès (1982), Wind power plants – Theory and Desig [15] Erich Hau Springer (2005), Wind turbine Springer (1997), Wind Energy [16] Quang, Ng.Ph.; Dittrich, A.; Thieme, A., “Doubly – Fed Induction Machine as Generatorin: Control Algorithms ưith Dicoupling of Torque and Power Factor”, Electrical Engineering/Archiv f u r Elektrotechnik, 10 1997, pp 325-335 [17] Quang, Ng.Ph.; Dittrich, A.; Lan, Ph.Ng., “Doubly – Fed Induction Machine as Generatorin Wind Power Plant: Nonlinear Control Algorithms ưith Direct Dicoupling Intern Conf” , CD Proc Of 11th European Conf on Power Electronics and Aplications, EPE2005, 11 – 14 Sept.2005 – Dresden, Gremany Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 http://www.lrc-tnu.edu.vn ... 3. 1 .3 Phƣơng trình Euler-Lagrange 30 3. 1.4 Các đặc tính hệ EL 33 3. 1.5 Đặc tính ổn định hệ EL 41 3. 2 Áp dụng phƣơng pháp Passivity – Bases để thiết kế hệ 43 thống điều khiển phía máy phát 3. 2.1... Chuyển điều khiển dòng PBC phía máy phát sang dạng 56 số 3. 3 Thiết kế hệ thống điều khiển phía lƣới 57 3. 3.1 Mơ hình trạng thái liên tục phía lƣới 57 3. 3.2 Các biến điều khiển phía lƣới 60 3. 3 .3 Tổng... thống máy phát điện chạy sức gió sử dụng máy điện dị nguồn kép Sơ đồ cấu trúc điều khiển phía máy phát 2 .3 Biểu diễn véc tơ dịng điện phía lƣới 2.4 Sơ đồ cấu trúc điều khiển phía phía lƣới 2.5 3. 1