Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển mờ để điều khiển máy phát điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM - oOo - TRẦN ĐỨC TRUNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN CHUYÊN NGHÀNH MÃ SỐ NGHÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN : 2.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2003 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỮU PHÚC Người chấm nhận xét 1: Người chấm nhận xét 2: Luận án cao học bảo vệ HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN ÁN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM ngày tháng năm 2003 Có thể tìm hiểu luận án Thư Viện Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM,Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BAÙCH KHOA - oOo TP HCM NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ Tên học viên : TRẦN ĐỨC TRUNG Ngày tháng năm sinh : 24/02/1975 Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện Khoá : 11(2000 –2002) Giới tính : Nam Nơi sinh : Hà Bắc I-TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để điều khiển máy phát điện II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để điều khiển máy phát điện Nghiên cứu tìm hiểu điều chỉnh kích từ điều chỉnh tốc độ sơ cấp máy phát Tìm hiểu khái niệm liên quan đến vấn đề ổn định hệ thống phương trình mô tả chuyển động máy điện hệ thống, từ xây dựng mô hình mô máy phát Trình bày cách thiết lập hệ thống điều khiển mờ sử dụng điều khiển mờ điều khiển Xây dựng điều khiển mờ để điều khiển kích từ điều tốc máy phát III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05/2002 IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 01/2003 V-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS.NGUYỄN HỮU PHÚC VI-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT : VII-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT : CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT CÁN BỘ NHẬN XÉT Nội dung đề cương Luận án Cao Học thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành Ngày tháng năm 2003 PHÒNG QUẢN LÝ KHOA HỌC - SĐH CHỦ NHIỆM NGHÀNH LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án trước tiên em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Hữu Phúc tận tình hướng dẫn suốt trình thực luận án Xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh giảng dạy em suốt thời gian qua Xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian hoàn thành khoá học luận án Tp.Hồ Chí Minh,ngày tháng 07 năm 2003 Trần Đức Trung MỤC LỤC Phần mở đầu Chương : Tổng quan hệ thống kích từ điều tốc I-Vai trò chức hệ thống kích từ II- Phân loại hệ thống kích từ III- Mô hình toán hệ thống kích từ IV- Tự động điều chỉnh tần số công suất thực hệ thống điện 15 V- Điều chỉnh tốc độ turbine sơ cấp 17 VI- Mô hình toán điều khiển turbine 19 Chương : Khái niệm ổn định hệ thống xây dựng mô hình mô máy phát 22 I- Ổn định hệ thống ñieän 22 II- Tính ổn định tónh không gian trạng thái 25 III- Phương trình chuyển động độ máy điện nghiên cứu ổn định 28 IV- Phương trình chuyển động máy điện 34 V- Xây dựng mô hình simulink 41 Chương : Tổng quan hệ thống mờ điều khiển mờ 45 I- Khái niệm hệ thống mờ để điều khiển 45 II- Phân loại hệ thống mờ 45 III- Các thành phần hệ thống mờ 48 IV- Các phương pháp huấn luyện hệ thống mờ .50 V- Điều khiển mờ 59 Chương : Xây dựng hệ thống mờ điều khiển kích từ điều tốc máy phát ñieän 64 I- Xây dựng hệ thống điều khiển mờ 64 II- Mô hình máy phát có hệ thống điềukhiển kích từ điều tốc 65 III- Hệ thống điều khiển mờ 69 IV- Sử dụng thêm điều khiển mờ theo luật PD 83 V- KẾT LUẬN 103 Phuï luïc 105 1/ Sơ đồ khối tổng quát simulink điều khiển máy phaùt 105 2/ Sơ đồ thiết kế điều khiển mờ simulink matlab 6.0 106 3/ Chương trình tính toán tham số máy phát ‘ct1.m’ ‘ct2.m’ 108 PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, hệ thống điện ngày phát triển để đảm bảo nhu cầu điện cho sản xuất tiêu dùng, dẫn đến công suất đặt nhà máy ngày tăng Đi đôi với việc tăng công suất, chất lượng điện đòi hỏi ngày cao Chất lượng điện yếu tố quan trọng trình vận hành hệ thống điện, bao gồm nhiều yếu tố ảnh hưởng đến : cân công suất phát nhận, chất lượng điện áp, chất lượng tần số Vậy để đảm bảo chất lượng điện cần phải thực việc giữ ổn định hệ thống điện việc điều khiển kích từ điều tốc máy phát điện đồng Điều khiển kích từ điều tốc máy phát hệ phi tuyến phụ thuộc vào hệ thống điện, mà hệ thống điện lại thay đổi liên tục theo thời gian nên việc điều chỉnh thích nghi công việc vô khó khăn Do phân tích tính toán thông số phi tuyến cách liên tục theo lý thuyết điều khiển phi tuyến, điều đòi hỏi cần phải có điều khiển thông minh đáp ứng nhanh thay đổi Nhiều phương pháp ứng dụng để cải tiến dần điều khiển kích từ điều tốc Điều khiển máy phát đồng bộ điều khiển mờ điều khiển kích từ điều tốc đáp ứng yêu cầu đặt điều khiển máy phát điện Điều khiển mờ điều khiển kích từ điều tốc máy phát điện đựơc trình bày luận án làm tăng thêm tính đáp ứng thích nghi cách sử dụng thêm điều khiển mờ cải tiến Nội dung luận án chia làm bốn chương : Chương : Tổng quan hệ thống kích từ điều tốc Chương giới thiệu tổng quan hệ thống kích từ điều tốc bao gồm định nghóa, tính chất, phân loại, mô hình toán mô tả hệ thống kích từ điều tốc Chương : Khái niệm ổn định hệ thống xây dựng mô hình mô máy điện Trình bày Khái niệm ổn định hệ thống hệ thống điện, phương trình mô tả chuyển động máy điện hệ thống, từ xây dựng mô hình mô máy phát Chương : Tổng quan hệ thống mờ điều khiển mờ Trình bày khái niệm bản, phân loại phương pháp huấn luyện hệ thống điều khiển mờ Giới thiệu điều khiển mờ sử dụng điều khiển Chương : Xây dựng hệ thống mờ điều khiển kích từ điều tốc máy phát điện Xây dựng hệ thống mờ điều khiển kích từ điều tốc máy phát điện dựa theo kết điều khiển kích từ điều tốc thông thường, cách sử dụng chương trình phần mềm Matlab 6.0 đánh giá kết đạt Trang Phụ lục chương trình 1/ Chương trình tính toán tham số máy phát vẽ đồ thị đáp ứng ngõ mô ‘ct1.m’ clear variables; Sst % Tai tham so may, kich tu va dieu toc % Nhap tham so tu ban phim % Vi = 1.0 + 0*j Dien ap pha tai bus co ban % Si = 0.8 + 0.6*j Cong suat nhan duoc (lagging Q>0) disp('Enter pu cua re, xe, Vt va St tren ban phim'); disp('Example: re = 0.027 ; xe = 0.1 ; Vi = +j*0; Si = 0.8 +j*0.6') disp('Ngo vao ''return'' theo sau K>> de tiep tuc'); keyboard % Tinh toan co ban we = 2*pi*Frated; wb = we; wbm=wb*(2/Poles); Sbase = Prated/Pfrated; Vbase = Vrated*sqrt(2/3); Ibase = sqrt(2)*(Sbase/(sqrt(3)*Vrated)); Zbase = Vbase/Ibase; % Tham so trang thai on dinh % Dat truc bat ky theo truc q cua khung quay dong bo qd 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); Vref =abs(Vto) 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; Trang delio = delta Pmecho = real(Sto); Dz = (re+rs)*(re+rs) + (xe + xq)*(xe + xpd); % ********** KET THUC TINH TOAN ON DINH *********** % ********** BAT DAU MO PHONG *********** sw = % Nguong dong cat cua sw tai gia tri dat khong sw1 = % Nguong dong cat cua sw1 tai gia tri dat khong sw2 = % Nguong dong cat cua sw2 tai gia tri dat khong tstop = 30; % Thoi gian mo phong time_Dtmech=[0 7.5 7.5 15 15]; DT = 0.1 ; % Tai thay doi mot luong 0.1pu tuong ung voi luong nhieu moment xoan tmech_Dtmech=[0 DT DT -DT ]; Vq_ratio = Vqo/Vto; Vd_ratio = Vdo/Vto; co = cos(delta); si = sin(delta); % Tinh toan he so phi tuyen ham truyen K1, K2, K3, K4, K5, K6 K1 = (Eqo*Vio/Dz)*(re*si + (xe+xpd)*co) + (Iqo*Vio/Dz)*((xq-xpd)*(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 ); K6 = Vq_ratio*( - xpd*(xe+xq)/Dz ) + Vd_ratio*xq*re/Dz; disp('Sau chay mo phong, danh lai "return" ') disp('m4m.m se luu tru ket qua ve cho thi sau nay') disp('va cung luu lai cac tinh trang tiep theo dieu khien.') keyboard % Luu tru ket qua truoc chay moi yvt = y(:,1); % Luu tru gia tri cua Eerr ypgen = y(:,2); % Luu tru gia tri cua cong suat tac dung Pgen yqgen = y(:,3); % Luu tru gia tri cua cong suat phan khang Qgen ypus = y(:,4); % Luu tru gia tri cua toc rotor pu ytime = y(:,5); % Luu tru thoi gian % Thay dk AVR bang dk AVR Fuzzy sw = -5 % Nguong dong cat cua sw tai gia tri dat khong Trang disp('Tiep tuc chay lai voi dk AVR mo ') disp('Ngo "return" cho ve thi sau do') keyboard % Luu tru ket qua truoc chay moi yvtt = y(:,1); % Luu tru gia tri cua Eerr ypgent = y(:,2); % Luu tru gia tri cua cong suat tac dung Pgen yqgent = y(:,3); % Luu tru gia tri cua cong suat phan khang Qgen ypust = y(:,4); % Luu tru gia tri cua toc rotor pu ytimet = y(:,5); % Luu tru thoi gian % Dat cho hoat dong dieu toc sw1 = -5 % Nguong dong cat cua sw tai gia tri dat khong disp('Tiep tuc chay lai voi dk AVR mo va dieu toc') disp('Ngo "return" cho ve thi sau do') keyboard % Luu tru ket qua truoc chay moi yvttt = y(:,1); % Luu tru gia tri cua Eerr ypgentt = y(:,2); % Luu tru gia tri cua cong suat tac dung Pgen yqgentt = y(:,3); % Luu tru gia tri cua cong suat phan khang Qgen ypustt = y(:,4); % Luu tru gia tri cua toc rotor pu ytimett = y(:,5); % Luu tru thoi gian % store time array for this run % Dat cho hoat dong dieu toc bang dieu toc mo sw2 = -5 disp('Tiep tuc chay lai voi dk AVR mo va dieu toc mo') disp('Ngo "return" cho ve thi sau do') keyboard subplot(4,1,1) plot(ytime,yvt,'k-',ytimet,yvtt,'m-',ytimett,yvttt,'c-',y(:,5),y(:,1),'r-') axis([0,inf,-0.2,0.1]) % resize yaxis xlabel('Truc thoi gian') ylabel('sai lech dien ap') subplot(4,1,2) plot(ytime,ypus,'k-',ytimet,ypust,'m-',ytimett,ypustt,'c-',y(:,5),y(:,4),'r-') axis([0,inf,-0.002,0.002]) % resize yaxis xlabel('Truc thoi gian') ylabel('sai lech toc do') subplot(4,1,3) plot(ytime,ypgen,'k-',ytimet,ypgent,'m-',ytimett,ypgentt,'c-',y(:,5),y(:,2),'r-') xlabel('Time in sec') ylabel('sai lech cong suat tac dung') Trang ... : Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để điều khiển máy phát điện II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ để điều khiển máy phát điện Nghiên cứu tìm hiểu điều chỉnh kích từ điều. .. bộ điều khiển mờ điều khiển kích từ điều tốc đáp ứng yêu cầu đặt điều khiển máy phát điện Điều khiển mờ điều khiển kích từ điều tốc máy phát điện đựơc trình bày luận án làm tăng thêm tính đáp ứng. ..ệ thống mờ khiển kích từ điều tốc máy phát điện c/ Kết hợp điều khiển mờ kích từ điều tốc : 0.1 Đ/k mờ AVR điều tốc theo luật PD Điều khiển mờ AVR điều tốc (xanh) sai lech dien ap -0.1 Điều khiển điề