Trong trường hợp này, các phụ tải 1, phụ tải 2 và phụ tải 3 đều được đóng vào lưới, điện áp tại nút phụ tải là định mức. Cho điện áp nguồn biến động, xét khả năng ổn định điện áp tại nút phụ tải.
Trong trường hợp này ta có các kết quả thể hiện các đường đặc tính như sau: * Trường hợp khi hệ thống không có thiết bị bù tĩnh SVC.
- Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Hình 4.17 Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện
Như vậy khi không có sự tham gia của thiết bị bù tĩnh SVC nên khi điện áp nguồn cấp biến động thì điện áp tại nút phụ tải cũng biến động theo.
* Trường hợp khi hệ thống có thiết bị bù tĩnh SVC.
- Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện:
Hình 4.18 Đồ thị điện áp hiệu dụng 3 pha tại nút phụ tải và công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
- Công suất phản kháng của SVC:
Hình 4.19 Công suất phản kháng phát của SVC
- Đồ thị góc mở cấp cho TCR:
Hình 4.20 Đồ thị góc mở cấp cho TCR
Nhận xét:
- Như vậy từ kết quả trên ta thấy, sự tham gia của thiết bị bù tĩnh SVC có thể ổn định được điện áp lưới trong trường hợp điện áp của nguồn cấp không ổn định.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
4.4. Sử dụng luật mờ để nâng cao chất lƣợng điều khiển SVC
4.4.1. 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 là 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 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 đặt 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.
Sơ đồ đề xuất dựa trên cơ sở điều khiển mờ ELC (Fuzzy logic control) mà được sử dụng rộng rãi trong quá trình phi tuyến. Cấu trúc FLC được sử dụng để tự tìm hệ số PI. Hay nói cách khác, hệ số của bộ PI được tối ưu bởi thuật toán này. Kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng phương pháp này tốt hơn mạch điều khiển thông thường.
Rất nhiều loại tải trên hệ thống phân phối công cộng ảnh hưởng đến chất lượng truyền tải điện năng. Thí dụ: nguồn công suất lớn, động cơ, máy hàn và lò hồ quang gây ra dao động điện áp, mà không chỉ ảnh hưởng tới người sử dụng mà còn ảnh hưởng tới người sử dụng khác cùng nguồn điện năng này. Thêm nữa, hệ số công suất của tải được nâng cao. Cách này giảm thiểu những vấn đề do bộ bù tĩnh SVC với đường dây truyền tải. SVC là một trong những khám phá quan trọng nhất được ứng dụng rộng rãi trong việc truyền tải điện năng.
Trong nhiều năm gần đây, rất nhiều sự đầu tư nghiên cứu cải tiến việc thực hiện điều khiển SVC. Bộ điều khiển SVC đề xuất bộ điều khiển mạng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
noron để điều khiển điện áp và ổn định hệ thống công suất. Tuy nhiên, quá trình đào tạo offline là không thực tế cho lưới điện thực tế. Do đó, bộ điều khiển mờ thích nghi được đề xuất.
4.4.2. Cơ sở thuật toán điều khiển
- Bộ điều khiển được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là bộ PID, do có cấu trúc đơn giản, bền vững trong một giải điều chỉnh rộng.
- Bộ điều khiển PI được sử dụng thường có dạng
0 () () () k p I s i uk Kek KT ei
Ở đó: u(k): là tín hiệu cần điều khiển tại thời điểm k
e(k): là tín hiệu sai lệch tại thời điểm k Ts: là chu kỳ lấy mẫu
Tp, KI: là hệ số tỉ lệ và hệ số tích phân tương ứng
Tuy nhiên sơ đồ đề suất dùng tín hiệu điều khiển là u(k) tốt hơn là dùng
u(k), do đó ta có phương trình sau:
) p () I()
uk Kek Kek
Từ phương trình trên, việc điều khiển tín hiệu u(k) giống như bộ PD, ở
đó Kp và KI tương ứng là hệ số vi phân và hệ số tỉ lệ. Do đó phương trình trên có thể viết dưới dạng tương ứng sau:
() pKp() I Ki()
ukKGekKGek
Trong đó: GKp, GKi: là hệ số khuếch đại và hệ số tính phân tĩnh.
Chúng ta thay thế hệ số Kp và KI bằng hàm mờ FKp{e, e} và FKi {e, e} phương trình trở thành: ()sKp, Kp()ceKi, Ki() ukSFeeGekSFeeGek Trong đó: Se và Sce: là hệ số chỉnh định
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
4.4.3. Thiết kế bộ điều khiển mờ và luật mờ
Trong kỹ thuật mờ thích nghi, tất cả các hàm liên thuộc (MFs) có đầu vào e và e được định nghĩa trong giải [-1, 1], ngược lại đầu ra được định nghĩa [0,1]
Cấu trúc điều khiển:
Hình 4.21 Cấu trúc điều khiển mờ
Biến ngôn ngữ: NB: Negative Big (Âm lớn)
NM: Negative Medium (Âm trung bình) NS: Negative small (Âm nhỏ)
Z: Zero (Không)
PS: Positive Small (Dương nhỏ)
PM: Positive Medium (Dương trung bình) PB: Positive Big (Dương lớn)
Các luật mờ để tính toán Ki e/e NB NM NS Z PS PM PB NB VB VB B B Z Z X NM VB B MB Z Z Z S NS B B , Z Z S SB Z VB VB M Z M B VB PS SB S Z Z M B B PM S Z Z Z MB B VB PB Z Z Z Z B VB VB
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Hình 4.22 Biểu diện luật mờ Ki trên không gian
Các luật mờ để tính toán Kp e/e NB NM NS Z PS PM PB NB VB B MB VB B M Z NM B M M M M Z Z NS B SB SB S Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z PS Z Z Z S SB SB M PM Z Z S M M M B PB Z S M VB B B VB
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Nếu sai lệch e là NB và gia số sai lệch e là NB thì đầu ra của bộ xử lý xa giá trị đặt. Đối với trạng thái này hệ số bộ điều khiển được đặt VB để giảm tín hiệu điều khiển ngay lập tức. Trạng thái tương tự là sai số là PB và gia số sai lệch là PB, lúc này bảng hệ số liệt kê cố gắng tăng thêm ảnh hưởng của bộ điều khiển để tránh trường hợp không tới giá trị đặt.
Nếu sai lệch e là Z, thì bộ điều khiển tích phân sẽ không có bất kỳ tác động nào tới bộ điều khiển, cho nên tất cả các trường hợp sai lệch là Z thì hệ số tích phân Ki là Z. Tương tự, tất cả các gia số sai lệch là Z thì hệ số tỉ lệ Kp đều bằng Z.
Trong trường hợp sai lệch e tiến tới không thì bộ điều khiển hiện hành phải được giữ nguyên. Trong trường hợp sai số là PS và gia số sai lệch là NB, có nghĩa là giá trị điều khiển tiến rất nhanh về giá trị đặt và nó có thể gây ra quá điều chỉnh, khi đó Ki bằng Z và Kp bằng B để giảm tín hiệu điều khiển tạm thời.
Giống như một thiết kế mẫu, chúng ta sử dụng các luật mờ độc lập với, ứng dụng Mamdani's min cho tất cả các t-norm hoạt động, max cho tất cả các s-norm hoạt động. Giải mờ được thực hiện bằng phương pháp trọng tâm. Sau đó hàm phi tuyến thích nghi được tính toán theo công thức sau:
1 1 1 1 1 ( ( ) 1 ( ) ( ( )) 1 1 ( ( ) 1 ( ) ( ( )) 1 l i l i n i L i KI n i A n i L i Kp n i A M x l y F x M x l M x l y F x M x l Trong đó: n = 2, M = 49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
4.4.4. Kết quả mô phỏng so sánh bộ PI thường và điều khiển mờ
Để so sánh với bộ PI thông thường và khi sử dụng mờ thì ta tiến hành mô phỏng trên cùng file. Với các thông số vẫn như trên khi điều khiển bằng luật PI thường.
Sơ đồ cấu trúc điều khiển điện áp bằng luật mờ.
Hình 4.24 Sơ đồ cấu trúc điều khiển luật PI động
Xét trường hợp hệ thống đóng tải tại t = 0,7s Điện áp tại thanh cái tại nơi lắp đặt SVC.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
Nhận xét:
Từ kết quả mô phỏng thấy rằng, cả hai bộ điều khiển đều đạt yêu cầu giữ ổn định điện áp độ quá điều chỉnh 8%, sai lệch tĩnh nhỏ hơn 1%. Tuy nhiên, khi điều khiển bằng luật PI mờ điện áp thanh cái có sai lệch tĩnh nhỏ hơn so với điều khiển PI thường. Giá trị điện áp phản ứng nhanh hơn về để tiến nhanh về giá trị đặt.
Công suất phản kháng tại nơi lắp đặt SVC:
Hình 4.26 Công suất phản kháng tại thanh cái đặt SCV
Nhận xét:
Cũng như điện áp của thanh cái thì từ kết quả mô phỏng thấy công suất phản kháng của hệ thống nhanh chóng trở về giá trị đặt, sai lệch tĩnh nhỏ hơn PI thường.
Kết luận khi sử dụng PI fuzzy: Phương pháp điều khiển sử dụng luật mờ Fuzzy đã nâng cao chất lượng điều khiển bù công suất phản kháng FC - TCR.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
KẾT LUẬN
1. Kết luận
Sau thời gian nghiên cứu, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.
Võ Quang Vinh, cùng với sự nỗ lực làm việc và nghiên cứu của bản thân, em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Các kết quả mà luận văn đã đạt được là:
- Tìm hiểu các khái niệm và lý thuyết về bù công suất phản kháng trong hệ thống điện và lưới điện 220kV. Phân tích chế độ làm việc và cân bằng công suất trong hệ thống điện, các khái niệm về điều chỉnh điện áp.
- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị bù tĩnh SVC. Đánh giá được ưu , nhược điểm của các phương pháp bù công suất phản kháng trong hệ thống điện.
- Xây dựng thuật toán điều khiển cho SVC trên cơ sở các lý thuyết về các phần tử của SVC. Tính toán được các thông số của bộ SVC để đáp ứng yêu cầu công nghệ đặt ra.
- Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điện trong Matlab/Simulink có mắc SVC với nút phụ tải đóng cắt vào lưới. Sử dụng luật điều khiển PI các kết quả mô phỏng đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra với hệ thống.
- Đồng thời dùng luật mờ FUZZY để cải thiện chất lượng điều chỉnh của hệ bù FC - TCR. So sánh hệ khi sử dụng luật PI thông thường thì PI FUZZY có những ưu điểm hơn.
2. Đề xuất hƣớng nghiên cứu
Với sự phát triển của nền công nghiệp, nhu cầu điện năng đang ngày càng trở thành một vấn đề cấp thiết. Chúng ta đang xây dựng thêm các nhà máy điện như thuỷ điện Sơn La, … cũng như mua điện từ các nước trong khu vực như Trung Quốc… bằng đường dây siêu cao áp để đáp ứng nhu cầu điện năng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Nông lâm http://www.lrc-tnu.edu
trong các năm tới. Xu hướng để hợp nhất các hệ thống điện nhỏ thành hệ thống điện hợp nhất là một xu hướng tất yếu. Khi đó, yêu cầu về chất lượng điện năng và hiệu suất truyền tải điện năng trong hệ thống điện ngày càng cao. Do vậy, bù công suất phản kháng trong hệ thống điện bằng thiết bị bù tĩnh SVC thay cho bù bằng tụ bù và máy bù đồng bộ là một giải pháp tối ưu để nâng cao chất lượng điện năng trong hệ thống, tăng khả năng tải của đường dây, tăng độ tin cậy cho hệ thống.
Luận văn này mới chỉ giải quyết được vấn đề tính toán thông số, thiết kế mạch nguyên lý cho SVC và mô phỏng hệ thống bằng Matlab/Simulink, nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống bù tĩnh bằng luật mờ. Hướng tiếp theo của đề tài là sẽ thiết kế các mạch điều khiển, triển khai thi công, chế tạo các bộ SVC dùng cho các hệ thống công suất nhỏ, tiến tới thiết kế bộ SVC dùng cho lưới 220kV. Ứng dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến để nâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống.
Vì vậy, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô trong bộ môn và các bạn động nghiệp để em hoàn thành tốt nhất luận văn của mình,cũng như các hướng nghiên cứu tiếp theo. Một lần nữa em xin chân thành bày tỏ lòng
biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Võ Quang Vinh , các thầy cô trong Trường
ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên đã giúp em hoàn thành luận văn này .
Thái Nguyên, tháng 9 năm2010
TÁC GIẢ LUẬN VĂN