Thạc Sĩ Điều khiển Turbine thủy điện

LỜI NÓI ĐẦU



Turbine thuỷ là thiết bị quan trọng trong nhà máy thuỷ điện, việc điều chỉnh tốc độ Turbine thuỷ điện quyết định các chỉ tiêu kỹ thuật của nhà máy điện, khả năng ổn định tần số của máy phát. Thực tế đã có nhiều nghiên cứu về Turbine thuỷ điện và các phương pháp điều tốc Turbine thuỷ điện. Trong phạm vi luận văn này tôi tập trung nghiên cứu lý luận tổng quan, phương pháp thiết kế, xây dựng bộ điều tốc Turbine thuỷ điện, và đưa ra phương án nâng cao chất lượng bằng điều khiển
LQ .

Trong thời gian không dài, luận văn đã được hoàn thành các yêu cầu đặt ra khi tính toán thiết kế hệ thống điều tốc Turbine thuỷ điện. Xây dựng được hệ thống điều khiển với đầy đủ các chức năng đồng thời nghiên cứu, phát triển bằng điều khiển Linear Quadratic. Luận văn gồm 2 phần liên quan chặt chẽ với nhau, phần 1 nghiên cứu Xây dựng hệ thống điều chỉnh Turbine thuỷ lực và phần 2 nghiên cứu nâng cao chất lượng bằng điều khiển LQ cho điều tốc Turbine thuỷ điện. Toàn bộ luận văn được chia thành 4 chương:

- Chương I: Tổng quan

- Chương II: Cấu trúc và hệ điều chỉnh Turbine

- Chương III: Tổng hợp hệ thống điều tốc Turbine

- Chương IV: Nâng cao chất lượng bằng điều khiển LQ cho điều tốc

Turbine thuỷ điện

Được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TSKH. Nguyễn Văn Liễn tôi đã hoàn thành đồ án đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của đề tài. Do thời gian và kinh nghiệm có hạn, vấn đề điều tốc Turbine là vấn đề quan trọng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên luận văn còn nhiều điểm cần tiếp tục nghiên cứu phát triển trong tương lai. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.



Sau thời gian thực hiện, đến nay bản luận văn của tôi đã hoàn thành với kết quả tốt. Trước thành công này tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy PGS.TSKH. Nguyễn Văn Liễn, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này, tôi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn tới các anh các chị trong Trung tâm Công nghệ cao Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cũng như gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn.




MỤC LỤC

Lời cam đoan 1
Lời nói đầu 5
Chương 1: TỔNG QUAN 7
1.1. Máy phát điện 7
1.2. Tổng quan về nhà máy thuỷ điện 10
1.2.1. Tình hình phát triển thuỷ điện 10
1.2.2. Nguyên lý hoạt động chung của nhà máy thuỷ điện 11
1.2.3. Phân loại nhà máy thuỷ điện 11
1.2.4. Cấu tạo nhà máy thuỷ điện 14
1.2.5. Hệ điều khiển công suất nhà máy thuỷ điện 19
CHưƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ HỆ ĐIỀU KHIỂN CỦA TURBINE 25
2.1. Khái niệm cơ bản 25
2.2. Phân loại các loại Turbine 26
2.2.1 Turbine phản kích 27
2.2.2 Turbine hướng trục 27
2.2.3 Turbine tâm trục 28
2.2.4 Turbine hướng chéo 29
2.2.5 Turbine xung lực 30
2.2.6 Turbine gáo 30
2.2.7 Turbine tia nghiêng 31
2.2.8 Turbine tác dụng kép 31
2.3. Cấu tạo Turbine Kaplan 32
2.3.1 Buồng Turbine 32
2.3.2 Stato 33
2.3.3 Bộ phận hướng nước 33
2.3.4 Bánh xe công tác Turbine 34
2.3.5 Trục và ổ trục 35
2.3.6 Các bộ phận phụ của turbine 35
2.4. Các thong số đặc tính Turbine 36
2.4.1.Cột áp Turbine 36
2.4.2. Lưu lượng Turbine 36
2.4.3. Công suất 37
2.4.4. Hiệu suất 37
2.4.5. Đường kính bánh xe công tác và số vòng quay của Turbine 38
2.5. Hệ thống điều chỉnh Turbine nước 38
2.5.1.Các yêu cầu với hệ điều tốc Turbine 38
2.5.2. Đặc điểm của hệ thống điều chỉnh Turbine 39
2.5.3. Đặc tính của hệ thống điều chỉnh Turbine 41
2.5.4. Phân loại bộ điều tốc 44
2.5.5. Cấu trúc của hệ thống điều chỉnh Turbine nước 50
2.5.6. Tính toán thông số chính của điều tốc Turbine 53
CHưƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TURBINE 60
3.1. Đặt vấn đề 60
3.2. Mô hình toán học 61
3.2.1. Khâu Turbine 61
3.2.2. Khâu khuếch đại 62
3.2.3. Các khâu đo 63
3.3. Tổng hợp hệ thống 64
3.3.1. Tổng hợp mạch vòng vị trí 64
3.3.2. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ 65
3.3.3.Mô phỏng hệ thống điều chỉnh turbine 67
CHưƠNG IV: NÂNG CAO CHẤT LưỢNG ĐIỀU CHỈNH TURBINE 71
4.1. Giới thiệu chung 71
4.2. Cơ sở lý thuyết về điều chỉnh LQ 71
4.2.1. Bộ điều chỉnh LQR 71
4.2.2. Bộ điều khiển LQG 73
4.2.2.1. Bài toán tuyến tính có nhiễu 73
4.2.2.2. Bộ quan sát trạng thái (lọc) Kalman 74
4.2.2.3. Bộ điều chỉnh phản hồi đầu ra LQG 75
4.2.2.4. Loop Transfer Recovery 76
4.3. Phân tích tính điều khiển được và quan sát được 77
4.3.1. Phân tích tính điều khiển được 77
4.3.2. Phân tích tính quan sát được 79
4.4. Thiết kế bộ điều chỉnh LQ 80
4.4.1. Thiết kế bộ điều chỉnh LQR 80
4.4.1.1. Xây dựng cấu trúc bộ điều chỉnh LQR 80
4.4.1.2. Tính chọn tham số của bộ điều khiển 82
4.4.1.3. Kết quả mô phỏng 83
4.4.2. Thiết lập bộ điều chỉnh LQG 85
4.4.2.1. Xây dựng cấu trúc bộ điều chỉnh khiển LQG 85
4.4.2.2. Tính chọn tham số bộ điều khiển 86
4.4.2.3. Kết quả mô phỏng 87
4.4.2.4. Loop Transfer Recovery 87
4.5. Điều khiển LQ cho mô hình phi tuyến 90
4.5.1. Điều khiển LQR cho mô hình phi tuyến 90
4.5.2. Điều khiển LQG cho mô hình phi tuyến 90
4.6. Kết luận chương 93
KẾT LUẬN 95
Tài liệu tham khảo 98