ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - VŨ THỊ YẾN NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TẦN SỐ MÁY PHÁT Chuyên ngành: Tự Động Hóa Mã số: TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2011 Luận văn hoàn thành trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái Nguyên Cán HDKH : PGS.TS Võ Quang Lạp Phản biện : PGS.TS Nguyễn Hữu Công Phản biện : PGS.TS Bùi Quốc Khánh Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học số 3, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Vào 09 30 phút ngày 25 tháng 10 năm 2011 Có thể tìm hiển luận văn Trung tâm Học liệu Đại học Thái Nguyên Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Mở đầu Tần số điện áp hai tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện Vì việc ổn định tiêu phải quan tâm mức Nhưng việc đảm bảo chất lượng điện áp tần số vấn đề lớn phức tạp Trong luận văn giải vấn đề việc ổn định tần số Cụ thể luận văn sâu nghiên cứu điều tốc để ổn định tần số Với kết luận văn đóng góp phần nhỏ vào việc nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tần số Với cách đặt vấn đề nên đề tài luận văn chọn :“Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động số máy phát điện” Nội dung luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan điều chỉnh tần số máy phát điện Chương 2: Tự động ổn định tần số máy phát điện Chương 3: Tổng hợp hệ thống truyền động điện ổn định tần số cho máy phát Chương 4: Ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để nâng cao chất lượng hệ truyền động điều tốc máy phát Kết luận kiến nghị Thái nguyên, ngày 30 tháng 09 năm 2011 Tác giả luận văn Vũ Thị Yến CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN 1.1 Chất lượng điện máy phát điện Tần số điện áp tiêu quan trọng định chất lượng điện - Điện áp: Trong trình vận hành điện áp điện áp định mức cung cấp cho phụ tải Trong trình làm việc điện áp thay đổi làm cho thiết bị điện thay đổi chế độ làm việc - Tần số: Thể công suất tác dụng máy phát điện Khi tần số giảm công suất không đảm bảo Cụ thể tần số giảm khơng đủ điều kiện để hịa vào lưới điện Nếu phụ tải động điện xoay chiều tần số giảm tốc độ động giảm Từ nhận xét ta thấy tần số điện áp không đảm bảo dẫn đến gia tăng chi phí vốn đầu tư, chi phí vận hành, giảm suất hiệu làm việc thiết bị điện… Sự giảm tần số điện áp không gây thiệt hại cho thân hệ thống điện mà cho tất ngành kinh tế khác Vì thiết kế vận hành cần xem xét tới biện pháp đảm bảo nâng cao chất lượng tần số điện áp Do để giải điện áp tần số nghiên cứu hệ thống tự động ổn định 1.2 Ổn định điện áp - Chỉ tiêu chất lượng điện áp - Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp AVR 1.3 Ổn định tần số máy phát điện Như ta biết tần số tiêu chung chất lượng điện tồn hệ thống, hệ thống điện hợp chế độ làm việc bình thường, tần số điểm giống Tần số thay đổi xảy cân tổng công suất tác dụng động sơ cấp (tuabin) kéo máy phát điện với phụ tải tác dụng máy phát điện Cân công suất tác dụng hệ thống điện chế độ bình thường: PT = Ppt + Π (1-6) Trong : PT : Cơng suất tuabin kéo máy phát Ppt : Công suất phụ tải điện Π : Tổn thất công suất tác dụng Mô men kéo tuabin MT = γ QH η ω (1-7) Trong : γ : Hằng số Q : Lưu lượng nước vào tuabin H : Độ chênh áp suất đầu cuối tuabin η : Hiệu suất tuabin Để ổn định tần số máy phát điện có hai phương pháp ổn định thứ cấp ổn định sơ cấp sau nghiên cứu phương pháp 1.3.1 Ổn định tần số thứ cấp Điều chỉnh thứ cấp q trình tăng cơng suất máy phát điều tần để đưa tần số trị số định mức Tăng công suất máy phát cách tăng tốc độ cho tuabin Nhờ cấu đo lường xác độ lệch tần số khỏi giá trị định mức phát tín hiệu điều khiển - Sơ đồ điều tần thứ cấp ω Udf TB BĐ/Cf U,f F Uphf CCĐ Hình1-2: Sơ đồ khối điều tần thứ cấp BĐ/Cf: Bộ điều chỉnh tần số TB: Tuabin máy phát F : Máy phát CCĐ: Cơ cấu đo tần số R3 * * U1 U L I1 R1 R2 * U2 R UR +Ecc Uf -Ecc U2 UL U1 I2 Hình 1-3: Sơ đồ cấu đo tần số (a); Biều đồ vectơ điện áp (b) Sơ đồ cấu đo tần số thể hình 1.5.a Các tham số L C lọc tần BLT chọn cho U1 =U2 U1 +U2 = UR + UL, chế độ làm việc bình thường với tần số định mức U U R =UL Khi điện áp đầu hai chỉnh lưu CL1 CL2 đầu khuếch đại thuật tốn Giá trị đưa vào điều chỉnh tần số giá trị đặt Khi tần số lệch khỏi giá trị chuẩn U L = jω.L.IL lớn nhỏ U R = R.IR tuỳ thuộc vào tần số tăng hay giảm, làm cho giá trị gia khuếch đại thuật toán U r ≠ Khi tín hiệu vào điều chỉnh tần số khơng phải gía trị đặt mà giá trị đặt cộng trừ lượng U r, dẫn đến điều chỉnh tác động vào tuabin làm tần số trở giá trị chuẩn 1.3.2 Ổn định tần số sơ cấp Điều chỉnh sơ cấp: trình điều chỉnh tốc độ quay tuabin thay đổi lượng nước vào bánh xe công tác nhà máy thuỷ điện lượng vào cánh tuabin nhà máy nhiệt điện… Nhiệm vụ điều tốc cho tốc độ quay rotor – máy phát khơng đổi có thay đổi phụ tải Tần số f dòng điện phụ thuộc vào tốc độ góc ω máy phát điện theo quan hệ f = ω p.n = 2π 60 (1-8) Trong : p – Số đơi cực máy phát điện n- Số vòng quay máy phát điện Điều chỉnh tần số (hay số vòng quay) tuabin thực cách thay đổi lượng vào tuabin Sau xét b iu tc fd + - Đối tuợng (Tuabin) BBĐ ϖ f §o lng Hình1-5: Sơ đồ khối điều tốc Tín hiệu sai lệch ε định hướng dịch chuyển độ mở cánh hướng tuabin nước Khi hệ thống ổn định ε = công suất máy phát công suất phụ tải Chất lượng điện máy phát điện đánh giá hai tiêu tần số điện áp Để thiết bị điện làm việc tin cậy cho hiệu suất cao hai tiêu ln quan tâm mức Trong chương giới thiệu phương pháp ổn định tần số điện áp Để ổn định điện áp dùng hệ thống tự động điều chỉnh điện áp cịn ổn định tần số có hai phương pháp ổn định trực tiếp ổn định gián tiếp Tuy nhiên việc đảm bảo tần số điện áp hai vấn đề lớn phức tạp Do tập trung giải vấn đề ổn định tần số sơ cấp Vấn đề tiếp tục nghiên cứu chương CHƯƠNG 2: TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN 2.1 Tổng quan điều tốc 2.1.1 Các thông số đặc trưng điều tốc - Độ sai lệch - Độ rộng vùng không nhạy - Độ không ổn định vòng quay tương đối - Thời gian điều chỉnh 2.1.2 Một số loại điều tốc 2.1.2.1 Điều tốc khí 2.1.2.2 Điều tốc điện 2.2 Một số hệ tự động ổn định tần số cho loại máy phát điện 2.2.1.Tự động ổn định tần số cho nhà máy nhiệt điện 2.2.1.1 Giới thiệu công nghệ sản xuất điện nhà máy nhiệt điện 2.2.1.2 Nguyên lý làm việc tuabin a Quá trình giãn nở ống phun b Quá trình làm việc cánh động: 2.2.1.3 Các điều khiển chu trình nhiệt a Bộ điều khiển áp suất (Boiler Master) - Giá trị đặt áp suất (MSP setting) - Tốc độ thay đổi áp suất - Đại lượng đầu vào điều khiển lò (Boiler Input Command) b Tuabine Master c Bộ điều khiển nhiên liệu (Fuel Control System) d Bộ điều khiển khói gió -Bộ điều khiển tỉ lệ gió – nhiên liệu: - Bộ điều khiển tốc độ quạt khói e Bộ điều khiển nước cấp f Bộ điều khiển nhiệt độ nhiệt Đối với nhà máy nhiệt điện hệ thống điều chỉnh tự động ổn định nhiệt đóng vai trị then chốt trình ổn định tần số máy phát Điều chỉnh tự động nhiệt nhằm nâng cao chất lượng điện hiệu suất nhà máy cách lựa chọn thông số điều chỉnh cho phù hợp, chế độ làm việc tối ưu thiết bị theo thông số quy định Trong nhà máy nhiệt điện q trình nhiệt đóng vai trị chủ yếu Các trình nhiệt nhà máy nhiệt điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố thay đổi ảnh hưởng nhiên liệu, lượng nước, chế độ khơng khí, đặc biệt chế độ làm việc không ổn định thiết bị chịu nhiệt vận hành lâu dài Do thơng số công nghệ thay đổi dải rộng, làm tần số máy phát thay đổi dẫn đến làm suy giảm hiệu suất thiết bị nhà máy so với thiết kế ban đầu Gây cố dẫn đến hỏng hóc phá huỷ thiết bị, làm cho chu trình nhiệt khơng thể thực chế độ bình thường Do để ổn định tần số máy phát cần đảm bảo ổn định điều khiển chu trình nhiệt 2.2.2 Tự động ổn định tần số máy phát gió 1.2.2.1 Khái niệm lượng gió: 2.2.2.2.Cấu tạo hệ điều khiển tuabin gió: 2.2.2.3 Sơ đồ hệ thống phát điện sức gió Hình 2-14: Sơ đồ hệ thống phát điện sức gió Việc biến đổi lượng gió tuân theo nguyên lý khả sử dụng gió khả tối ưu tuabin Đặt tuabin gió dịng chảy khơng khí, khơng khí đến gần tuabin bị ứ lại, áp suất dòng chảy tăng lên vận tốc giảm, đến dòng chảy chạm vào mặt tuabin trao cho tuabin lượng Dịng chảy phía sau tuabin bị nhiễu xốy, gây chuyển động tuabin tác động với dịng khơng khí xung quanh Về ngun tắc, dịng chảy phải trì Do đó, lượng tuabin thu nhận bị hạn chế Trong trường hợp toàn lượng gió tuabin thu nhận, vận tốc gió đằng sau tuabin khơng Muốn cho dòng chảy cân khối lượng vận tốc, lượng chảy qua tuabin phải bị mát Đối với hệ tối ưu, số phần trăm cực đại lượng gió thu nhận tính theo cơng thức Carl Betz đưa năm 1927 : Pmax V3 =0,593 Ar (2-7) Trong : P mật độ lượng Ar diện tích quét cánh tuabin V0 vận tộc gió ban đầu - Mật độ lượng đơn vị thể tích dịng chảy khơng khí Số 0,593 gọi giới hạn Betz hệ số Betz Bằng phương pháp phân tích đơn giản động lượng động gió trục ngang tìm hệ số cơng suất cực đại 16/27 tức 59,3% Điều Betz chứng minh (1927) Hiển nhiên trường hợp số cánh vô hạn (trở lực không) điều kiện động gió lý tưởng Trong thực tế có nhân tố làm giảm nhỏ hệ số công suất cực đại: (1) Phía sau tuabin gió tồn dịng xốy (2) Số cánh tuabin gió có hạn (3) Cd/Cl không Cl hệ số nâng, Cd hệ số cản Cl = L ρV A (2-8) D Cd = Trong : (2-9) ρV A ρ - mật độ khơng khí (kg/m3) V - vận tốc dịng khơng khí (gió) khơng bị nhiễu loạn A - Diện tích hình chiếu cánh (diện tích hứng gió) m L - Lực nâng D - Lực cản 10 Hình 2-19:Hệ thống điều tốc máy phát điện dầu 2.2.4.1 Mô men động Đối với động diesel, để mômen quay ta phải tiến hành thành lập nên đồ thị công thị Đồ thị công thị gần động diesel Hình 2-20: Đồ thị cơng thị Trong đó: Q trình nén a-c (c’) Quá trình cháy động diesel xem bao gồm hai q trình; Q trình cháy đẳng tích c-z1 Q trình cháy đẳng tích z1-z 2.2.4.2 Mơ hình tốn Diesel Phương trình biểu thị trạng thái động Diesel thể sau: 15 j dω = M d + M kd − M t − M pt dt (2-17) Trong đó: J: Mơmen qn tính chi tiết quay so với trục động ω : Vận tốc góc động (vịng/phút) Md: Mơmen quay động sinh (KGm) Mkd: Mômen quay tạo khí nén khởi động (KGm), xảy khởi động Mt: Mômen cản ma sát (KGm) Mpt: Mômen cản phụ tải (KGm) Khi động làm việc có tải máy phát j dω = M d − M pt dt (2-18) CHƯƠNG TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ CHO MÁY PHÁT 3.1 Sơ đồ khối hệ điều khiển điều tốc thuỷ điện 3.1.1 Các hệ điều khiển Hệ thng iu khin s Tín hiệu yêu cầu Bộ đếm tiến - lùi khuếch đại DAC Máy phát tốc Ghép nối Encoder Động Cánh huớng Phản hồi tốc độ Phản hồi vị trí Hỡnh 3-1: H thng iu khin số Hệ thống điều khiển tương tự 16 Encoder TÝn hiệu yêu cầu Cảm biến vị trí khuếch đại khuếch đại Máy phát tốc Ghép nối cảm biến vị trí Động Cánh huớng Phản hồi tốc độ Phản hồi vÞ trÝ Hình 3-2: Hệ thống điều khiển tương tự 3.1.2 Sơ đồ khối hệ truyền động điều tốc thuỷ điện Hình 3-3:Sơ đồ khối hệ truyền động điều tốc thuỷ điện Ri, Rω, Rφ: Các điều chỉnh dịng điện, tốc độ vị trí có nhiệm vụ tổng hợp tạo điện áp điều khiển đưa tới mạch phát xung Bằng cách lựa chọn lượng phản hồi, lượng đặt thơng số điều chỉnh vị trí R φ, tốc độ Rω điều khiển dòng điện Ri thích hợp đảm bảo chất lượng hệ thống chế độ tĩnh động * U ϕ , U ϕ : Điện áp ứng với vị trí cho trước phản hồi vị trí * U n , U n : Điện áp ứng với tốc độ quay cho trước phản hồi tốc độ quay U i* , U i : Điện áp ứng với dòng điện cho trước điện áp phản hồi dòng điện Bộ nguồn: Cung cấp nguồn cho động Cánh hướng: Cơ cấu hướng nước 17 LVDT: Bộ cảm biến cánh hướng Hệ truyền động điện điều tốc phải đáp ứng u cầu cơng nghệ (ví dụ tốc độ momen) Các truyền động toàn phần phải có cấu trúc điều khiển tối ưu, tác động nhanh Hiện hệ điều khiển dẫn động cánh hướng thường dùng hệ truyền động sau: - Hệ điều khiển vector biến tần động pha - Hệ thống thyristor - động - Hệ thống xung điện áp 3.1.2.1 Hệ thống điều khiển vector biến tần động không đồng pha 3.1.2.2 Hệ thống thyristor - động 3.1.2.2.1 Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định đường đặc tính tĩnh 3.1.2.2.2 Chất lượng động hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vịng kín a Mơ hình tốn học trạng thái động b Phân tích q trình khởi động 3.1.2.3 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp –động chiều (PWM -Đ) Giới thiệu sơ đồ Hình 3-11: Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung chiều Chức khối sơ đồ sau: * Động điện chiều kích từ độc lập (M): thay đổi tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng, dùng để làm di chuyển cánh hướng 18 *Bộ biến đổi xung điện áp (PWM): cung cấp nguồn điện áp từ chỉnh lưu T 3.2 Tổng hợp hệ truyền động PWM –Đ cho điều tốc thuỷ điện 3.2.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc WBD MC U*ϕ Rϕ U*n Uϕ Rϖ U*I UI RPWM RI RĐC RC Kφ n ϕ Rϕ Un WFT WVÞ trÝ c¸nh hng Hình 3-15: sơ đồ cấu trúc hệ thống điều tốc thuỷ điện 3.2.2 Xây dựng hàm truyền khâu hệ thống điều khiển 3.2.2.1 Hàm truyền động điện Khi giữ nguyên từ thông kích từ khơng đổi: Kφ = const U(p) = R ­ I(p).(1 + pT­ ) + Kϕω(p) ⇒ I(p) = (3-12) U(p) − E(p) R ­ (1 + pT­ ) (3-13) KϕI(p) − M C (p) = Jpω(p) Sơ đồ cấu trúc động co từ thông không đổi thể hình 3-21 MC U E 1/RU 1+PTU Kφ JP ϖ Kφ Hình3-16: Sơ đồ cấu trúc từ thông không đổi 3.2.2.2 Hàm số truyền biến đổi PWM Vậy hàm truyền điều chế độ rộng xung biến đổi PWM là: WPWM ( p) = K PWM e −Tp ≈ K PWM Tp + (3-17) Trong đó: 19 K PWM = Uđ / Uđk : Hệ số khuyếch đại điều chế độ rộng xung biến đổi PWM Uđ : Điện áp biến đổi PWM Uđk: Điện áp điều khiển điều chế độ rộng xung T : Thời gian chu kỳ điện áp 3.2.2.3 Hàm truyền máy phát tốc chiều Hàm truyền phát tốc: WFT ( p ) = Kω Tω p + (3-18) Trong đó: Tω: Hằng số thời gian máy phát tốc Kω: Hệ số phản hồi máy phát tốc 3.2.2.4 Hàm truyền thiết bị lấy tín hiệu dịng điện Hàm truyền khâu lấy tín hiệu dịng điện: WBI ( p) = K BI + TBI p (3-19) Trong đó: TBI - số thời gian máy máy biến dòng KBI - hệ số phản hồi dòng điện 3.2.2.5 Hàm truyền cảm biến vị trí Cảm biến vị trí dùng kiểu chiết áp, có hàm số truyền sau: WCB ( p ) = Kϕ (3-20) Tϕ p + Trong đó: Tϕ - số thời gian khâu cảm biến vị trí Kϕ - hệ số phản hồi vị trí 3.2.3 Tổng hợp hệ thống 3.2.3.1 Tổng hợp điều khiển dòng điện RI Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện sau: 20 KBI 1+PTBI MC Uid 1+PTBI Ui(P) KPWM (1+TdkP)(1+Tv.P) RI U(P) E(P) 1/RU 1+PTU JP Kφ ω Kφ Hìn 3-17: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện Trong đó: T­ = L : Hằng số thời gian điện từ động R R: Điện trở mạch phần ứng L : Điện cảm mạch phần ứng Ti =R.C : Hằng số thời gian cảm biến (sensor) dòng điện Bỏ qua ảnh hưởng sức điện động, ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn sau UIđ UI(p) (-) RI(p) I(p) Udk(p ) S0i(p) Hình 3-18: Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện Hàm truyền điều chỉnh dòng điện R i (P) = R ­ (1 + T­ ) RT­ = (1 + ) 2K PWM K BI Tsi p 2K PWM K BI Tsi T­ p (3-24) Như điều chỉnh dịng điện Ri(p) có dạng khâu PI (tỷ lệ - tích phân) Kết tổng hợp mạch vòng dòng điện tiêu chuẩn mođul tối ưu ta có: FOMi (p) = U i (p) 1 = ≈ 2 U id (p) + 2.T p + 2.T p + 2Tsi p si si (3-25) 3.2.3.2 Tổng hợp điều khiển tốc độ Rω Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ sau : Uωđ U (p) (-) ω ω(p) Rω(p) S0ω(p) 21 Hình 3-19: Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vịng tốc độ Ta có hàm truyền điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn mođul tối ưu: Rω ( p ) = K i Kφ TC R.K ω 2.Tsω (3-30) Vậy hàm truyền điều chỉnh tốc độ R ω(p) khâu P (tỷ lệ) Tiêu chuẩn sử dụng hệ thống khởi động mang tải, lúc ta khơng coi IC nhiễu Kết tổng hợp mạch vòng tốc độ tiêu chuẩn tối ưu modul ta có: ω(p) 1 1 = ≈ 2 ω d (p) + 2Tsω p + 2Tsω p K ω + 2Tsω p K ω (3-31) 3.2.3.3 Tổng hợp mạch vịng vị trí Rφ Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh vị trí: ϕd (p) (-) R (p) ϕ ϕ(p) S0ϕ(p) Κϕ 1+Τϕ.p Hình 3-20: Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vịng vị trí Ta có hàm truyền điều chỉnh vị trí theo tiêu chuẩn mođul tối ưu: Rϕ ( p) = = K r K ϕ K ω (1 + 2T sω p ) 2.Tϕ K ω (1 + 2T sω p ) 2.K r K ϕ Tϕ (3-37) Với Rϕ = K p + K D p KP = KD = Kω 2.K r K ϕ Tϕ p MC JP Tsω Kω K r KϕTϕ (3-38) (3-39) Ui(p) ϕ(p) ω(p) ϕđ(p) Rϕ(p) khâu tỷ lệ - đạo hàm (PD) R Vậy I (-) ω ω ϕ Rϕ d Rω Ki C u điều JP Sau tổng hợp điều khiển, ta có sơ đồ cấu trúc Tc P khiển vị trí động (-) (-) điện chiều hình 3-21 Kω + 2Tω P 22 Kϕ + 2Tϕ P Hình 3-21: Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 3.3 Mô hệ thống 3.3.1 Chọn xác định thông số a Các thông số cho trước Pđm : Công suất định mức động 0.7 kW Uđm : Điện áp định mức động 220 V nđm : Tốc độ quay định mức động 1500 v/p Iđm : Dòng điện định mức cùa động 4.3 A Lư : Điện cảm phần ứng 0.1944 H Rư : Điện trở phần ứng 6.7 Ω Ti : Hằng số thời gian máy biến dòng 0.0025 s TPWM : Hằng số thời gian của PWM 0.0033 s Tđk : Hằng số thời gian mạch điều khiển PWM 0.001 s Tω : Hằng số thời gian máy phát tốc 0.001 s Tφ : Hằng số thời gian cảm biến vị trí 0.3 s ηđm : Hiệu suất định mức động 90% GD : 0.045 b Tính tốn thông số 3.3.2 Tiến hành mô Thay thơng số tính vào sơ đồ hình … dùng Matlab simulink ta có sơ đồ mơ hệ điều khiển hình… 23 Hình 3-22: Sơ đồ mô hệ điều khiển điều khiển PID Kết mô phỏng: 3.3.3 Nhận xét: Chất lượng hệ thống điều khiển vị trí sử dụng điều khiển PD kinh điển đảm bảo nói chung chất lượng cịn chưa tốt Điều thể qua tiêu chất lượng đây: - Thời gian độ: 12 giây - Dao động có tải : có - Độ điều chỉnh:5% Mặc dù chất lượng đảm bảo thực chất mạch có khâu phi tuyến nên hướng giải triệt để nhằm nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống điều chỉnh vị trí thiết kế điều khiển mờ thích nghi thay cho điều khiển PD kinh điển 24 Chương đề cập đến vấn đề nâng cao chất lượng hệ truyền động điều tốc CHƯƠNG ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT ĐIỆN 4.1 Tính phi tuyến của bộ điều khiển vị trí 4.2.Tổng hợp hệ thống sử dụng điều khiển mờ thích nghi 4.2.1 Khái niệm 4.2.1.1 Định nghĩa 4.2.1.2 Điều khiển mờ 4.2.1.3 Điều khiển thích nghi 4.2.1.3.1 Tổng hợp điều khiển thích nghi sở lý thuyết Gradient 4.2.1.3.2 Tổng hợp điều khiển thích nghi sở lý thuyết Lyapunov 4.2.1.4 Phân loại Hệ điều khiển mờ thích nghi phân thành loại: - Bộ điều khiển mờ tự chỉnh điều khiển mờ có khả chỉnh định tham số tập mờ (các hàm liên thuộc) - Bộ điều khiển mờ tự thay đổi cấu trúc điều khiển mờ có khả chỉnh định lại luật điều khiển Đối hệ thống bắt đầu làm việc với vài luật điều khiển chỉnh định trước chưa đủ luật 4.2.1.5 Các phương pháp điều khiển mờ thích nghi 4.2.3.Thiết kế điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu song song 4.2.3.1 Đặt vấn đề Một cấu trúc thông dụng hệ logic mờ (FLC –Fuzzy Logic Control) cấu trúc kiểu phản hồi sai lệch Sơ đồ hình 4-12 25 Hình 4-12: Cấu trúc hệ điều khiển mờ hai đầu vào 4.2.3.2 Mơ hình tốn học điều khiển mờ * Chọn hàm liên thuộc * Chọn luật điều khiển * Phân tích luật sở hình thành suy luận * Các thao tác mờ ô suy luận 4.2.3.3 Xây dựng điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu song song 4.2.3.3.1 Hệ điều khiển thích nghi theo mơ hình mẫu dùng lý thuyết thích nghi kinh điển 4.2.3.3.2 Thiết kế khối mờ 4.2.3.3.2.1 Sơ đồ khối mờ Hình 4-21: Sơ đồ khối mờ 4.2.3.3.2.2 Định nghĩa tập mờ 4.2.3.3.2.3 Xây dựng luật điều khiển “ thì” 4.2.3.3.2.4 Chọn luật hợp thành 4.2.3.3.2.5 Giải mờ 4.2.3.3.3 Sơ đồ mơ 26 Hình 4-24:Sơ đồ mô so sánh chất lượng điều khiển PID điều khiển mờ thích nghi 4.2.3.3.4 Kết mô chất lượng điều khiển PID điều khiển mờ thích nghi Vị trí cánh hướng Hình 4-25: Các tín hiệu đầu tương ứng với giá trị khác vị trí đặt đầu vào φđặt = 6V 27 Nhận xét Hệ điều khiển vị trí sử dụng điều khiển thích nghi rõ ràng có chất lượng tốt so với điều khiển PID Các tiêu chất lượng Độ điều chỉnh Thời gian độ Số lần điều chỉnh Dao động áp tải Bộ điều khiển mờ Bộ điều khiển PID thích nghi 8.7s khơng kinh điển 8% 12s có KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Kết luận: Qua trình nghiên cứu, thực đề tài “ Nghiên cứu, nâng cao chất lượng tần số máy phát điện” luận văn đạt số kết sau: Tác giả trình bày lý thuyết tổng quan điều chỉnh tần số máy phát điện Để ổn định tần số máy phát tác giả đưa hai phương pháp ổn định ổn định sơ cấp ổn định thứ cấp Trong luận văn tác giả xâu vào nghiên cứu phương pháp ổn định tần số sơ cấp q trình tự động điều chỉnh tốc độ quay tuabin Tác giả trình bày số hệ tự động ổn định tần số cho loại máy phát nhiệt điện, thuỷ điện, gió, dầu … Từ tác giả xây dựng hệ thống truyền động dùng điều khiển PID đánh giá chất lượng cho hệ thống ổn định tần số máy phát thuỷ điện Tác giả thấy điều khiển PID đảm bảo thoả mãn yêu cầu sử dụng thực tế Để nâng cao chất lượng điều tốc luận án tác giả đưa điều khiển mờ thích nghi đầu vào sai lệch, tích phân sai lệch, đạo hàm sai lệch Tác giả nghiên cứu kiểm nghiệm đạt yêu cầu luận văn trình bày đầu vào điều khiển mờ sai lệch đạo hàm sai lệch Từ kết mô phần mềm matlab, rút kết luận:” Hệ điều khiển vị trí sử dụng điều khiển mờ thích nghi cho kết tốt so với điều khiển PID” điều thể qua điểm sau: - Vị trí điều khiển đạt độ xác nhanh 28 - Sai lệch vị trí có tải nhỏ - Tốc độ dịng điện có chất lượng tốt Dựa vào kết ban đầu đề tài, tác giả hy vọng đề tài học viên khoá sau tiếp tục nghiên cứu phát triển để tiến tới việc thiết kế chế tạo điều tốc góp phần đẩy mạnh nghiệp cơng nghiệp hoá đại hoá đất nước - Kiến nghị: Đây kết nghiên cứu mặt lý thuyết Để áp dụng vào thực tế cần phải tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện kiểm nghiệm mơ hình thực tế 29 ... tài luận văn chọn :? ?Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động số máy phát điện” Nội dung luận văn chia làm chương: Chương 1: Tổng quan điều chỉnh tần số máy phát điện Chương 2: Tự động. .. Trong luận văn giải vấn đề việc ổn định tần số Cụ thể luận văn sâu nghiên cứu điều tốc để ổn định tần số Với kết luận văn đóng góp phần nhỏ vào việc nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tần số Với... bảo nâng cao chất lượng tần số điện áp Do để giải điện áp tần số nghiên cứu hệ thống tự động ổn định 1.2 Ổn định điện áp - Chỉ tiêu chất lượng điện áp - Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp Hệ