Thạc Sĩ ứng dụng hệ mờ nơron điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài.
Với mục tiêu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và chiến lược đến năm 2020 đưa Việt Nam trở thành nước công nghiệp thì vấn đề nâng cao chất lượng điện năng là một trong những những vấn đề được ngành điện nói riêng và nhà nước nói chung đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên với sự pháp triển công nghiệp hiện nay của nước ta, nhiều nhà máy xí nghiệp được hình thành khắp nơi, các lò công nghiệp ngày càng được sử dụng nhiều ở các khu công nghiệp như: lò cảm ứng, lò hồ quang, lò điện trở .Đây chính là một trong các nguyên nhân hàng đầu dẫn đến tổn thất điện năng, chất lượng điện kém, gây ảnh hưởng các thiết bị viễn thông
Với tốc độ công nghiệp hóa ở nước ta hiện nay, việc áp dụng các tiêu chuẩn khống chế mức thải sóng hài trên lưới điện để hạn chế ảnh hưởng của chúng tới các thiết bị tiêu dùng khác và đảm bảo chất lượng điện năng là điều tất yếu.
Trên thế giới đã và đang áp dụng các tiêu chuẩn để khống chế mức thải sóng hài như tiêu chuẩn: IEEE 159-2002, IEC 1000-4-3.
Như vậy việc nghiên cứu điều khiển các bộ lọc để giảm sóng hài do các lò công nghiệp này thải ra là vấn đề cấp thiết, nhằm nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện.
Nắm bắt được vấn đề này, tôi đã quyết định chọn đề tài: “Ứng dụng hệ mờ nơron điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng”.
2. Mục đích nghiên cứu.
Đề tài nghiên cứu ứng dụng hệ mờ nơron điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng, nhằm nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
 Đối tượng nghiên cứu:
 Bộ lọc tích cực AF
 Nguồn tải lò nấu thép cảm ứng
 Lý thuyết điều khiển mờ nơron
 Phần mềm Matlab/Simulink
 Phạm vi nghiên cứu:
 Điều khiển bộ lọc tích cực AF cho nguồn lò nấu thép cảm ứng ứng dụng hệ mờ nơron.
 Mô phỏng quá trình điều khiển.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng kiểm chứng trên phần mềm
Matlab/Simulink.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài là xây dựng cấu trúc điều khiển và bộ điều khiển mờ neural, điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng, nhằm giảm sóng hài do lò thải ra để nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện. Đề tài hoàn toàn có thể ứng dụng vào thực tiễn.
6. Cấu trúc luận văn
Luận văn được trình bày theo cấu trúc như sau:
Mở đầu
Chương 1: Lò cảm ứng và sóng hài do lò cảm ứng gây ra.
Chương 2: Các phương pháp lọc sóng hài.
Chương 3: Phương pháp điều khiển sử dụng hệ mờ nơron.
Chương 4: Ứng dụng hệ mờ neural điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng.
Chương 5: Đánh giá kết quả đạt được.



MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Chương 1 - LÒ CẢM ỨNG VÀ SÓNG HÀI DO LÒ CẢM ỨNG GÂY RA 3
1.1. Tổng quan về lò nấu thép cảm ứng 3
1.1.1. Giới thiệu chung về lò cảm ứng 3
1.1.2. Các bộ nguồn tần số cao 4
1.1.3. Phạm vi ứng dụng của thiết bị gia nhiệt tần số 4
1.1.4. Phân loại các thiết bị gia nhiệt tần số 5
1.2. Lò nấu thép cảm ứng sử dụng mạch nghịch lưu cộng hưởng nguồn dòng song song 5
1.2.1. Giới thiệu về mạch lò cộng hưởng song song 5
1.2.2. Mô hình hóa lò nấu thép cảm ứng sử dụng mạch nghịch lưu cộng hưởng nguồn dòng song song trên phần mềm matlab/Simulink 7
1.3. Sóng hài và ảnh hưởng của sóng hài do lò nấu thép cảm ứng gây ra lên lưới điện 15
1.4. Kết luận chương 1 19
Chương 2 – SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC SÓNG HÀI 20
2.1. Tổng quan về sóng hài 20
2.2. Nguyên nhân gây ra sóng hài 23
2.3. Ảnh hưởng của sóng hài 29
2.4. Một số tiêu chuẩn giới hạn thành phần sóng hài trên lưới 31
2.4.1. Tiêu chuẩn IEEE std 519 31
2.4.2. Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4 32
2.5. Các phương pháp lọc sóng hài 33
2.5.1. Bộ lọc thụ động 33
2.5.2. Bộ lọc chủ động 35
2.5.3. Bộ lọc hỗn hợp 40
2.5.4. Chức năng và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực 42
2.6. Kết luận chương 2 44
Chương 3 – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG HỆ MỜ NƠRON 45
3.1. Sự kết hợp giữa logic mờ và mạng nơron 45
3.1.1. Khái niệm 45
3.1.2. Kết hợp điều khiển mờ và mạng nơron 46
3.2. Nơron Mờ 50
3.3. Huấn luyện mạng nơron-mờ 52
3.4. ANFIS 57
3.5. Sử dụng công cụ ANFIS trong matlab để thiết kế hệ mờ - nơron (Anfis and the Anfis editor GUI) 60
3.5.1. Khái niệm 60
3.5.2. Mô hình học và suy diễn mờ thông qua ANFIS (Model Learning and Inference Through ANFIS) 61
3.5.3. Xác nhận dữ liệu huấn luyện (Familiarity Brecds Validation) 62
3.6. Sử dụng bộ soạn thảo ANFIS GUI 64
3.6.1. Các chức năng của ANFIS GUI 64
3.6.2. Khuôn dạng dữ liệu và bộ soạn thảo ANFIS GUI: kiểm tra và huấn luyện (Data Formalities and the ANFIS Editor GUI: Checking and Training) 66
3.7. Kết luận chương 3 66
Chương 4 – ỨNG DỤNG HỆ MỜ NƠRON ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO LÒ NẤU THÉP CẢM ỨNG 67
4.1. Xác định cấu trúc bộ lọc tích cực AF cho lò nấu thép cảm ứng 67
4.2. Tính toán các thông số của bộ lọc AF 68
4.2.1. Tính chọn giá trị nguồn một chiều cấp cho nghịch lưu 68
4.2.2. Tính chọn giá trị tụ điện C 68
4.2.3. Tính chọn giá trị điện cảm Lf 69
4.2.4. Xác định và lựa chọn thông số van điều khiển 69
4.3. Cấu trúc điều khiển AF 70
4.3.1. Xác định dòng điện bù hài (iref) 70
4.3.2. Bộ lọc thông thấp (LPF) 71
4.3.3. Phương pháp điều chế PWM 72
4.4. Mô hình hóa bộ lọc AF bằng phần mềm Matlab/Simulink 73
4.4.1. Khâu tách dòng điện hài BPF 73
4.4.2. Bộ lọc thông thấp LPF 74
4.4.3. Bộ điều khiển ANFIS 74
4.4.4. Khâu AF 75
4.5. Ứng dụng hệ mờ điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng. 75
4.5.1. Xây dựng bộ điều khiển mờ 75
4.6. Ứng dụng hệ mờ nơron điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng. 81
4.6.1. Xây dựng tập dữ liệu huấn luyện 81
4.6.2. Sử dụng công cụ ANFIS trong Matlab thiết kế hệ mờ nơron điều khiển bộ lọc tích cực AF cho lò nấu thép cảm ứng. 82
Chương 5 – ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 88
5.1. Đánh giá kết quả đạt được khi sử dụng hệ mờ nơron 88
5.2. So sánh kết quả đạt được 90
5.3. Kết luận chương 5 92

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO)
PHỤ LỤC