+ Trƣờng hợp 2: Khi tải Z1 tăng 25%
Trên hình 4.39, 4.40, 4.41 là các đồ thị khi công suất yêu cầu đối với tổ máy tăng.
Hình 4.39. Góc quay cánh lái hướng (độ) khi tải yêu cầu tăng
Hình 4.41. Sự thay đổi tần số quay turbine ở thời điểm tải thay đổi
Nhận xét:
Từ các hình 4.36-4.41 cho thấy khi tải yêu cầu thay đổi thì giá trị góc quay cánh lái hƣớng dịng nƣớc vào turbine thay đổi giá trị. Tần số quay turbine bị dao động, xong nhanh chóng trở về giá trị danh định.
4.4. Kết luận chƣơng 4
Trên cơ sở học thuật đã trình bày ở chƣơng 2 và chƣơng 3 đã cụ thể hóa thành thuật tốn để ứng dụng cơng cụ Matlab simulink cho việc mô phỏng đánh giá hiệu quả các thuật toán đã đề xuất.
1. Đã đƣa ra mơ hình mơ tả động học một tổ hợp tổ máy turbine và máy phát cụ thể để tiến hành mô phỏng khảo sát. Đã xây dựng các bƣớc để cụ thể hóa
thuật tốn nhận dạng tham số mơ hình mơ tả động học tổ hợp và thuật tốn tổng hợp luật điều chỉnh tối ƣu tần số quay turbine khi có sự thay đổi tải theo yêu cầu. 2. Ứng dụng công cụ mô phỏng Matlab simulink để đánh giá hiệu quả luật điều khiển tối ƣu và sự thay đổi thích nghi của luật điều khiển tối ƣu khi năng lƣợng cột nƣớc nơi đặt nhà máy thủy điện thay đổi và khi tải thay đổi. Qua mơ phỏng cho thấy tính bền vững của luật điều khiển tối ƣu thích nghi.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Từ các nội dung của luận án và các kết quả đã đạt đƣợc cho phép rút ra các kết luận sau và kiến nghị sau:
I. Kết luận
1. Từ phân tích đặc điểm cột nƣớc và tính chất năng lƣợng của cột nƣớc tại các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ ở Việt Nam cho thấy cần phải có giải pháp trong việc xây dựng luật điều khiển lƣu lƣợng nƣớc cấp vào turbine tƣơng thích với sự thay đổi của năng lƣợng dịng chảy và sự thay đổi của tải do lƣới điện yêu cầu đối với tổ máy. Từ phân tích sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử và tự động hóa và khả năng tự chủ trong thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển servomotor đã đề xuất giải pháp chúng ta nên bƣớc vào giai đoạn tự chủ thiết kế chế tạo thiết bị điều khiển hệ thống cánh lái hƣớng điều chỉnh dòng nƣớc cấp cho turbine của tổ máy phát điện. Để tiến tới giai đoạn trên cần phải đi trƣớc một bƣớc đó là nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp và thuật toán điều khiển turbine trên cơ sở ứng dụng lý thuyết điều khiển và đo lƣờng hiện đại. Đây chính là nhiệm vụ của luận án phù hợp với chuyên ngành “Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa”
2. Ứng dụng phƣơng pháp toán học “bình phƣơng tối thiểu” đã xây dựng thuật toán nhận dạng (xác định) các thơng số của mơ hình tốn học mơ tả hệ thống cánh lái hƣớng và mơ hình mơ tả turbine cùng máy phát điện trong nhà máy thủy điện công suất vừa và nhỏ. Ứng dụng lý thuyết lọc Kalman xây dựng thuật tốn xử lý thơng tin của các con quay vi cơ đo tốc độ góc và thơng tin của các gia tốc kế nhằm xác định tốc độ quay của turbine mini để xác định năng lƣợng cột nƣớc. Thơng số mơ hình và thơng tin năng lƣợng cột nƣớc là những
tham số bắt buộc phải có để tổng hợp lệnh điều khiển turbine trong nhà máy thủy điện công suất vừa và nhỏ.
3. Ứng dụng công thức Parseval thiết lập biểu thức mô tả quan hệ giữa sai số bám và tham số luật điều khiển PID và từ đó đƣa ra giải pháp xác định hệ số tỉ lệ tối ƣu cho luật điều khiển PI trong thiết bị điều khiển hệ thống cánh lái
hƣớng của turbine nhà máy thủy điện. Giải pháp này phục vụ các nhà máy thủy điện công suất vừa và nhỏ hiện đang sử dụng thiết bị điều khiển của nƣớc ngoài.
Ứng dụng phƣơng pháp backstepping và điều khiển tối ƣu để xây dựng thuật toán tổng hợp lệnh điều khiển hệ thống cánh lái hƣớng. Thuật toán tổng hợp lệnh điều khiển backstepping và điều khiển tối ƣu sẽ là cơ sở để xây dựng phần mềm khi chủ động thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển turbine.
4. Đã kết nối thuật toán đánh giá năng lƣợng cột nƣớc nơi đặt nhà máy thủy điện với các thuật toán nhận dạng xác định tham số mơ hình và với thuật tốn tổng hợp lệnh điều khiển tối ƣu van cấp nƣớc cho turbine để tạo ra thuật toán điều khiển thích nghi.
5. Áp dụng công cụ mô phỏng Matlab-simulink để mô phỏng kiểm chứng một số thuật toán đã đề xuất tại chƣơng 2 và 3. Qua kết quả mô phỏng cho thấy áp dụng thuật toán nhận dạng và điều khiển cho luận án đề xuất ở chƣơng 2 và chƣơng 3 thì tần số quay turbine nhanh chóng trở về tần số chuẩn khi có biến động về năng lƣợng cột nƣớc và tải tiêu thụ, đáp ứng yêu cầu về chất lƣợng tần số máy phát.
II. Những điểm mới của luận án.
- Nghiên cứu xây dựng giải pháp ứng dụng thiết bị MEMS để đo năng lƣợng cột nƣớc;
- Ứng dụng phƣơng pháp tốn bình phƣơng tối thiểu xây dựng thuật toán hiệu chỉnh tham số mơ hình mơ tả cụm hợp cánh lái hƣớng, turbine và máy phát điện khi có sự thay đổi năng lƣợng cột nƣớc.
- Áp dụng các phƣơng pháp điều khiển hiện đại: phƣơng pháp backstepping, điều khiển tối ƣu và lọc Kalman để xây dựng bộ điều khiển thích nghi nhằm nâng cao chất lƣợng ổn định tần số quay turbine ở nhà máy thủy điện vừa và nhỏ.
III. Kiến nghị
Áp dụng điểm mới vào thử nghiệm ở một số nhà máy thủy điện công suất nhỏ để đánh giá trị thực tiễn của luận án.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Đặng Tiến Trung, Phạm Tuấn Thành (2017), Xây dựng thuật toán xác định tốc
độ quay cho các thiết bị thuỷ điện khi sử dụng các phần tử đo vi cơ quán tính.
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN Quân sự, số 47, tr. 70-75.
2. Đặng Tiến Trung, Phạm Tuấn Thành (2017), Xây dựng mơ hình mơ tả quá trình điều khiển cho các máy phát điện của nhà máy thủy điện vừa và nhỏ, Tạp
chí Nghiên cứu KH&CN Quân sự, số 50, tr. 62-69.
3. Đặng Tiến Trung, Phạm Tuấn Thành (2017), Xây dựng thuật toán xác định tham số tối ưu cho bộ điều khiển PID cấp nước vào tuốc bin thủy điện, Tạp chí
Nghiên cứu KH&CN Quân sự, số 53, tr. 38-48.
4. Đặng Tiến Trung (2017), Xây dựng thuật toán mở cánh lái hướng cấp vào tuốc
bin nhà máy thủy điện vừa và nhỏ, Tạp chí KH và CN Năng lƣợng Trƣờng Đại học
Điện lực, số 14, tr. 22-28.
5. Đặng Tiến Trung (2019), Ứng dụng giải thuật Backstepping xây dựng thuật toán
ổn định tần số quay turbine ở nhà máy thủy điện vừa và nhỏ, Tạp chí KH và CN
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tiếng Việt
1. Lã Văn Út, Đặng Quốc Thống, Ngô Văn Dƣỡng (2005), Nhà máy thủy điện,
NXB khoa học kỹ thuật, Hà nội.
2. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh (2005), Nhận dạng hệ thống điều
khiển, NXB khoa học kĩ thuật, Hà Nội.
3. Nguyễn Thƣơng Ngô (2009), Lý thuyết điều khiển thông thường và hiện đại,
Quyển Hệ xung số. NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội.
4. Lã Văn Út (2011), Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
5. Nguyễn Doãn Phƣớc (2009), Lý thuyết điều khiển tuyến tinh, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
6. Nguyễn Duy Cƣơng, Đào Bá Phong, Phan Xuân Minh (2006), "Hệ thống điều khiển thích nghi tham chiếu theo mơ hình mẫu MRAS".
7. Lê Hùng Lân (1996), "Xác định mơ hình bất định đối tƣợng nhận dạng trong điều khiển rô bốt", Tuyển tập các báo cáo khoa học hội nghị toàn quốc lần thứ II về
Tự động hóa, tr. 314-322.
8. Nguyễn Phùng Quang (2006), "Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự
động", Nhà xuất bản Khoa học & kỹ thuật.
9. Phạm Công Ngô (2009), "Lý thuyết điều khiển tự động", Nhà xuất bản Khoa
học & kỹ thuật.
10. Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phƣớc (2002), "Lý thuyết điều khiển mờ", Nhà xuất bản Khoa học & kỹ thuật.
11. Vũ Gia Hanh (1971), "Máy điện đồng bộ", Trƣờng Đại học Bách khoa.
12. Nguyễn Doãn Phƣớc (2007), "Lý thuyết điều khiển nâng cao", Nhà xuất bản
13. Nguyễn Thị Phƣơng Hà, Huỳnh Thái Hoàng (2005), "Lý thuyết điều khiển tự
động", NXB Đại học Quốc gia TPHCM.
14. NCS Ngô Duy Hƣng (2002), “Nghiên cứu phát triển phương pháp xấp xỉ hóa mơ hình tối ưu phi tuyến, ứng dụng giải các bài toán trong lĩnh vực năng lượng”, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Học viện KTQS.
15. Phạm Thị Thanh Mai (2017), “Nghiên cứu phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo trong quy hoạch nguồn điện Việt Nam đến năm 2030”, Luận án tiến sỹ kinh tế, Đại học Bách khoa Hà Nội.
16. Vũ Duy Thuận (2018), “Nghiên cứu ổn định và tối ưu các hệ thống phức hợp nhiều thành phần với mối quan hệ tương tác bất định”, Luận án tiến sỹ kỹ
thuật, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
17. Nguyễn Tùng Linh, Phạm Thƣợng Cát (2015), “Áp dụng thuật tốn mơ phỏng luyện kim cho bài toán tái cấu trúc lưới điện có xét đến ảnh hưởng của nguồn điện phân tán”, Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về Điều khiển và Tự động
hóa- VCCA-2015, pp167-176.
18. NCS Nguyễn Đắc Nam (2017), “Nghiên cứu ứng dụng mạng mờ nơ-ron để xây dựng thuật toán điều khiển hệ điều tốc turbine-máy phát thủy điện”, Luận án
tiến sỹ kỹ thuật, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội.”
2. Tiếng Anh
19. Robert M. Rogeers (2003), "Applied Mathematics in Integrated Navigation Systems", American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. 1801 Alexander Bell Driver, Reston, VA 20191-4344, Second Edition.
20. Granino A. Korn, Theresa M. Korn (1968), "Mathematical Handbook", New
York.
21. Ranbir Soram, Sudipta, Soram Rakesh Singh, Memeta Khomdram, Swavana Yaikhom, Sonamani (2013), “On the Rate of Convergence of Newton-Raphson
Method”, The International Journal of Engineering and Science (IJES), Vol. 2, Issue 11.
22. Michael Athans, Peter L. Falb (1968), “Optimal control an introduction to the theory and its applications”, McGraw-Hill Book Company. New York/St.
Louis/San Francisco/Toronto/London/Sydney.
23. Granino A. Korn, PH. D, Theresa M. Korn, M.S (1968), “Mathematical handbook for scientists and engineers definitions, theorems and formulas for reference and review”, McGraw-Hill Book Company. New York/St. Louis/San. Francisco/Toronto/London/Sydney.
24. Antonio G E, Antinio J C and Claudi C (2008), "Energy system analysis and operation", CRC Press, Taylor and Francis.
25. Anderson PM, Fouad AA (2002), "Power system control and stability", New
York: Wiley-IEEE Press, 2nd edition.
26. Tirtashi MRS, Rouhani A, Naghibi E (2014), "Coordinated design of output feedback PSS and UPFC controllers for enhancing dynamic stability of power system", Indian Journal of Science and Technology, 7(11), pp. 1805-1812.
27. Murty PSR (2008), "BS Publications: Operation and control in power systems",
India.
28. Zhang G (2009), "EPRI Palo Alto: EPRI power system dynamics tutorial",
USA.
29. Ernst D, Glavic M, Wehenkel L (2004), "Power systems stability control: reinforcememt learning framework", IEEE transactions on Power Systems, 19(1), pp. 427-435.
30. Richard GF. Boca raton (2001), "CRC Press LLC: Power system dynamics and stability".
31. Kundur P (1993), "Power System Stability and Control", McGraw-Hill Inc,
32. Kimbark E. W (1995), "Power System Stability", Vol. I Elements of Stability
Calculations. New York: 1948-1956. IEEE Press.
33. Carson M. Taylor (1994), "Power System Voltage Stability", McGraw - Hill,
Inc, Singapore.
34. Pavella M. and Murthy P. G (1987), "Transient Stability of Power Systems",
John Wiley & Sons, New York.
35. Arrillaga J. and Arnold C. P (1990), "Computer Analysis of Power Systems",
John Wiley & Sons, Singapore.
36. Pai M.A (1981), "Power System Stability. Analysis by the Direct Method of Lyapunov", North-Holland Publishing Company.
37. Iwan Setiawan, Ardyono Priyadi3, Mauridhi Hery Purnomo4 (2013),
Controlling of Non-Minimum Phase Micro Hydro Power Plant B ased on Adaptive B - Spline Neural Networl, IEEE 978-1-4799-0425-9/13.
38. J. Fraile-Ardanuy, J. R. Wilhelmi, J. Fraile-Mora, J. I. Pérez and I. Sarasúa,
http://europa.eu.int/comm/energy/res/sectors/small_hydro_dissemination_en.ht m.
39. Lie Jasa, Ardyono Priyadi, Mauridhi Hery Purnomo (2012), PID Control For
Micro-Hydro Power Plants Based on neural network, DOI: 10.2316/P.2012.769-
039.
40. Dianwei Qian, Jianqiang Yi and Xiangjie Liu (2011), Design of Reduced
Order Sliding Mode Governor for Hydro-turbines, 978-1-4577-0079-
8/11/.pp.5073-5078 AACC July 01, 2011.
41. İlyas Eker (2003), Robust governor design for hydro turbines using a multivariable-cascade control approach, The Arabian Journal for Science and Engineering, Volume 28, Number 2B, pp 195-209, October 2003.
42. Orelind, Wozniak, et al. (1989) G.Orelind, L.Wozniak, J.Medanic, T.Whittemore, Optimal PID Gain Schedule for Hydrogenerators-Design and
Application, IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 4, No. 3, pp. 300-307, September 1989.
43. Batlle, C.Batlle (1998), Design of a Controller for a Model of a Hydraulic Plant, ProyectoCICYT TAP97-0969-C03-01, Internal Report, February 1998.
44. Dewi Jones and Sa’ad Mansoor (2004), Predictive Feedforward Control for
a Hydroelectric Plan, IEEE transactions on control systems technology, vol. 12, no. 6, november 2004.
45. Chen Jian, Liang Gui-shu, Dong Qing (2008), Design of Additional Mix Robust Governor Control for Hydraulic Turbine Generator, DRPT, 2008, 6-9 April 2008 Nanjing China.
46. Lansberry JE, Wozniak L (1992), Optimal hydro generator governor tuning with a genetic algorithm, IEEE Trans Energy Conv 1992;7:623–630.
3. Tiếng Nga
47. Распопов В.Я.,Микросистемная авионика, учебное пособие. Тула " Грифик", 2010.
48. Фильтрация истохастическое управление в динамических системах. Под редакциѐй К. Т. Леондеса. Издательство "Мир", Москва, 1980.
49. Ƃparaнeц Cemeн Aлeкcaнлpoвич (2014), "Aдaптивнaя cиcтeмa Yпpaвлeния Oткpв. 50. Браганец Семен Александрович, Адаптивная система управления открытием направляющего аппарата гидроагрегата с поворотно-лопастной турбиной Волгоград, 2014 51. Старых, А.А. Синтез нелинейного регулятора системы управления параметрически неопределенным объектом: автореф. дис. канд. тех. наук: 05.13.06/ Алексей Анатольевич Старых – Томск 2009 – 19с 52. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в энергетических системах. – М.: Высшая школа, 1978. – 414с
53. Веников В.А., Строев В.А., Тауфик М.А. Об одном алгоритме решения задачи оптимального управления переходными процессами в электроэнергетических системах. – Изд. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1977, № 4, с. 17-26 54. Зеленохат Н.И. Критерии оптимальности управления переходными электромеханическими процессами в сложной электроэнергетической системе. – Изд. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1972, № 5, с. 22-31 55. Перисье Р. Энергетические системы. – М.: Высшая школа, 1982. – 568с. 56. Методы оптимизации режимов энергосистем. – Под ред. Горштейна В.М. – М.: Энергоиздат, 1981. – 366с.
PHỤ LỤC 1
CHƢƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG SIMULINK NHẬN DẠNG THAM SỐ VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU
Bƣớc 1: Khai báo số liệu đầu vào K0 = 12000; T0 = 3000; z10 = 2.0; dt = 0.005; A1 = dt*K0/T0; A2 = -dt/T0; A3 = dt*z10/T0;
Bƣớc 2: Chạy simulink và thu các giá trị đo open('DK_turbin.slx');
Bƣớc 3: Tính các hệ số K, T và z1 theo số liệu thu đƣợc A = zeros(3);
B = zeros([3,1]); N = length(u)-1; for i = 1: N
A(1,1) = A(1,1) + u(i)^2; A(1,2) = A(1,2) + u(i)*y(i); A(1,3) = A(1,3) + u(i);
A(2,1) = A(1,2);
A(2,2) = A(2,2) + y(i)^2; A(2,3) = A(2,3) + y(i); A(3,1) = A(1,3); A(3,2) = A(2,3); A(3,3) = N; B(1,1) = B(1,1) + y(i+1)*u(i) - y(i)*u(i); B(2,1) = B(2,1) + y(i+1)*y(i) - y(i)^2; B(3,1) = B(3,1) + y(i+1) - y(i); end X = A\B; K = -X(1,1)/X(2,1); T = -dt/X(2,1); z1 = -X(3,1)/X(2,1); Bƣớc 4: Tính Kx
- Nhập các tham số đầu vào: Ku = 200; Ta = 30; dt = 0.01; A = [-1/T K/T 0.0; 0.0 0.0 1.0; 0.0 -1/Ta 0.0]; B = [0.0 0.0 Ku/Ta]'; C = [1/T 0.0; 0.0 0.0; 0.0 1/Ta]; Q = [0.5 0.0 0.0; 0.0 0.0 0.0; 0.0 0.0 0.0]; R = 5.0;
- Bƣớc 5: Tính K1 - Nhập giá trị ban đầu: z1 = 12; z2 = 0.0; w0 = 12.0; v1 = z1 - w0; v2 = z2; V = [v1 v2]'; Kx = Kx(:,:,end); - Chạy simulink:
PHỤ LỤC 2
CHƢƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG SIMULINK ĐIỀU KHIỂN KHI KHƠNG CĨ ĐK TỐI ƢU Bƣớc 1: Khai báo số liệu đầu vào
K0 = 12000; T0 = 3000; z10 = 2.0; dt = 0.005; A1 = dt*K0/T0;