Tiến Sĩ Áp dụng phương pháp điều khiển thích nghi để nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống máy phát điện s

Nguyễn Thị Minh Thảo, Lớp K13 TðH - ðHKTCN 1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG MÁY PHÁT ðIỆN SỨC GIÓ
1.1 GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
Từ lâu con người ñã biết sử dụng năng lượng gió ñể tạo ra cơ năng thay thế
cho sức lao ñộng nặng nhọc, ñiển hình là các thuyền buồm chạy bằng sức gió, các cối
xay gió xuất hiện từ thế kỷ 14 ñược dùng phổ biến từ thế kỷ 17, thịnh vượng nhất vào
thế kỷ 18 ñặc biệt ở Hà Lan với hàng ngàn chiếc. Từ thế kỷ 19 ñến nửa ñầu thế kỷ 20
với sự xuất hiện và phát triển của máy hơi nước và các loại ñộng cơ ñốt trong, các cối
xay gió hầu như bị lãng quên. Nhưng từ vài chục năm gần ñây với nguy cơ cạn dần
các nguồn nhiên liệu khai thác ñược từ lòng ñất và vấn ñề ô nhiễm môi trường do việc
ñốt hàng ngày một khối lượng lớn các nguồn nhiên liệu hóa thạch nêu trên. Việc
nghiên cứu sử dụng các dạng năng lượng tái tạo của thiên nhiên trong ñó có năng
lượng gió lại ñược nhiếu nước trên thế giới kể cả các nước có nền công nghiệp năng
lượng phát triển rất mạnh như Nga, Mỹ, Pháp, CHLB ðức, Hà Lan, Anh, ðan Mạch,
Thụy ðiển ñặc biệt quan tâm. Trên cơ sở áp dụng các thành tựu mới của nhiều
nghành khoa học tiên tiến như thủy khí ñộng lực học, tự ñộng ñiều khiển, cơ học kết
cấu, truyền ñộng thủy lực, vật liệu mới việc nghiên cứu sử dụng năng lượng gió ñã
ñạt ñược những tiến bộ rất lớn cả về chất lượng các thiết bị và quy mô ứng dụng. Từ
các cối xay gió với các cánh gió ñơn giản hiệu suất sử dụng năng lượng thấp chỉ
khoảng 20%, ñến nay các ñộng cơ gió phát ñiện với cánh quạt có biên dạng khí ñộng
học ngày một hoàn thiện hơn có thể ñạt ñược hiệu suất sử dụng năng lượng cao tới
42%. Nhiều phương pháp và hệ thống tự ñộng ñiều khiển hiện ñại ñã ñược sử dụng ñể
tự ñộng ổn ñịnh số vòng quay của ñộng cơ gió. Những ñộng cơ gió phát ñiện lớn còn
dùng cả hệ thống tự ñộng ñiện thủy lực và máy tính ñiện tử ñiều khiển. Nhiều vật liệu
mới ñã ñược sử dụng ñể chế tạo cánh như hợp kim nhôm, polime cốt sợi thủy tinh với
ñộ bền cao trong mọi ñiều kiện thời tiết và chịu ñược sức gió của bão. Tại những nơi
có gió tốt, người ta ghép nhiều ñộng cơ gió với nhau tạo thành “rừng máy phát ñiện
gió”. Người ta ñã có thể chế tạo những ñộng cơ gió phát ñiện rất lớn ñường kính tới
80m, công suất tới 3000 kW. Tuy nhiên ñối với mỗi nước quy mô phát triển của việc
ứng dụng năng lượng gió còn phụ thuộc vào vị trí ñịa lý, ñặc ñiểm tiềm năng gió và
trình ñộ công nghiệp
Gió là một dạng của năng lượng mặt trời. Gió ñược sinh ra là do nguyên nhân
mặt trời ñốt nóng khí quyển, do trái ñất xoay quanh mặt trời và do sự không ñồng ñều
trên bề mặt trái ñất. Luồng gió thay ñổi tuỳ thuộc vào ñịa hình trái ñất, luồng nước, cây
cối, con người sử dụng luồng gió hoặc sự chuyển ñộng năng lượng cho nhiều mục ñích
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Nguyễn Thị Minh Thảo, Lớp K13 TðH - ðHKTCN 2

như: ñi thuyền, thả diều và phát ñiện. Năng lượng gió ñược mô tả như một quá trình,
nó ñược sử dụng ñể phát ra năng lượng cơ hoặc ñiện. Tuabin gió sẽ chuyển ñổi từ
ñộng lực của gió thành năng lượng cơ. Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những
công việc cụ thể như là bơm nước hoặc các máy nghiền lương thực hoặc cho một máy
phát có thể chuyển ñổi từ năng lượng cơ thành năng lượng ñiện.
Trong số các nguồn năng lượng thay thế, năng lượng gió có thể ñại diện cho
cơ hội tăng trưởng mạnh nhất tại Việt Nam. Các cuộc khảo sát cho thấy rằng khoảng
85% ñất ñai Việt Nam có ñộ cao và tốc ñộ gió trung bình phù hợp ñể phát ra năng
lượng gió. Các chuyên gia Ngân hàng Thế giới ñã kết luận Việt Nam có khả năng tạo
ra 513.360 MW hàng năm từ năng lượng gió – gấp 10 lần tổng công suất phát ñiện
quốc gia dự kiến cho năm 2020.



Nguyễn Thị Minh Thảo, Lớp K13 TðH - ðHKTCN 77


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG MÁY PHÁT ðIỆN SỨC GIÓ . 1
1.1 GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1
1.2 KHÁI QUÁT VỀ CÁC LOẠI HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ðỐI
TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN . 7
1.3 CÁC CẤU TRÚC ðIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHÁT ðIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG
MDBNK 9
1.3.1 ðiều khiển tuốc bin 10
1.3.2 ðiều khiển crowbar hoặc stator switch . 12
1.3.3 ðiều khiển vector . 12
1.4 NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU ðIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU PHÍA MÁY PHÁT . 13
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG MÁY PHÁT ðIỆN SỨC
GIÓ SỬ DỤNG MÁY ðIỆN KHÔNG ðỒNG BỘ ROTO DÂY QUẤN.15
2.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHÁT ðIỆN CHẠY SỨC GIÓ SỬ DỤNG
MDBNK 15
2.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC PHÍA MÁY PHÁT VÀ PHÍA LƯỚI . 16
2.2.1 Biểu diễn vector không gian các ñại lượng 3 pha 16
2.2.2 Mô hình trạng thái liên tục phía máy phát . 18
2.2.3 Các biến ñiều khiển công suất hữu công và vô công phía máy phát . 24
2.2.4 Mô hình trạng thái liên tục phía lưới . 26
2.2.5 Mô hình gián ñoạn phía lưới . 28
2.2.6 Các biến ñiều khiển phía lưới 30
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ðIỀU KHIỂN THÍCH NGHI VÀ ỨNG DỤNG ðỂ
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHÁT ðIỆN SỨC
GIÓ SỬ DỤNG MÁY ðIỆN KHÔNG ðỒNG BỘ ROTO DÂY QUẤN 33
3.1 TỔNG QUAN VỀ ðIỀU KHIỂN THÍCH NGHI . 33
3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ðIỀU KHIỂN THÍCH NGHI 34
3.2.1 Hệ thích nghi sử dụng mô hình tham chiếu (MRAS) . 34
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Nguyễn Thị Minh Thảo, Lớp K13 TðH - ðHKTCN 78

3.2.2 Luật hiệu chỉnh tham số bộ ñiều khiển MIT (Masachusetts Institube Technology
) . 35
3.2.3 Hiệu chỉnh tham số bộ ñiều khiển mờ cực tiểu hóa hàm mục tiêu hợp thức . 36
3.2.4 Hệ thích nghi sử dụng bộ ñiều khiển tự chỉnh ñịnh (STR) . 36
3.2.5 ðiều khiển mờ thích nghi 37
3.2.6 Phương pháp ñiều khiển thích nghi theo sai lệch . 38
3.3 ỨNG DỤNG ðIỀU KHIỂN THÍCH NGHI ðỂ ðIỀU KHIỂN MPKðB – RDQ . 39
3.3.1 Cấu trúc ñiều khiển phía máy phát và phía lưới hệ thống MPðSG sử dụng
MðBNK 39
3.3.1.1 Sơ ñồ cấu trúc ñiều khiển phía máy phát và phía lưới của hệ thống . 39
3.3.1.2 Giới thiệu các khâu của cấu trúc ñiều khiển . 41
3.3.2 Thiết kế bộ ñiều khiển tuyến tính hóa chính xác thích nghi . 42
3.3.2.1 Mô hình cấu trúc ñiều khiển tuyến tính hóa chính xác thích nghi 42
3.3.2.2 Bộ ñiều khiển phản hồi trạng thái . 42
3.3.2.3 Mô hình mẫu . 45
3.3.2.4 Bộ ñiều khiển bù . 45
3.3.2.5 Phép biến ñổi z = m (x) . 45
3.3.4 Thiết kế bộ ñiều chỉnh dòng Adapter Backstepping cho phía máy phát của hệ
thống MPð SG 45
3.3.4.1 Tổng hợp khâu ñiều chỉnh dòng phía máy phát . 45
3.3.4.2 ðưa thành phần tích phân vào các bộ ñiều chỉnh ñể khử sai lệch tĩnh 48
3.3.4.3 Tổng hợp bộ ñiều khiển ‘adaptive backstepping’ cho thành phần i rd và i rq . 53
3.3.4.4 Xác ñịnh các tham số của bộ ñiều chỉnh dòng 57
3.3.5 Thiết kế các khâu tính toán giá trị thực và giá trị ñặt . 58
3.3.6 Các bộ ñiều chỉnh số cho các mạch vòng ñiều chỉnh mô men và công suất vô
công . 59
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN . 61
4.1 HỆ THỐNG MÔ PHỎNG . 61
4.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG . 62
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Nguyễn Thị Minh Thảo, Lớp K13 TðH - ðHKTCN 79

4.2.1 Chất lượng của hệ thống ñiều chỉnh ở tốc ñộ dưới ñồng bộ (n=1050 v/ph) 62
4.2.2 Tính bền vững ngắn mạch của hệ thống 65
4.3 SƠ ðỒ KHỐI MÔ PHỎNG . 69
4.3.1 Sơ ñồ khối mô phỏng toàn hệ thống 69
4.3.2 Sơ ñồ khối mô phỏng máy phát . 70
4.3.3 Sơ ñồ khối mô phỏng bộ ñiều khiển 70
4.3.4. Sơ ñồ PLECS mô phỏng hệ thống biến tần . 71
4.3.5. Sơ ñồ PLECS bộ nghịch lưu nguồn áp/chỉnh lưu . 72
4.3.6. Sơ ñồ Simulink mô phỏng khâu PLL . 72
4.3.7 Sơ ñồ Simulink khâu ñiều chỉnh dòng Backstepping 73
4.3.8. Sơ ñồ khâu ñiều chỉnh vòng ngoài (khối “Momen and Q Controller” ) 73
4.3.9 Sơ ñồ Simulink khâu PI số ñiều chỉnh mômen và công suất vô công 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76