Luận án Ứng dụng lý thuyết tối ưu RH để nâng cao chất lượng của hệ điều khiển ổn định hệ thống điện PSS

MỞ ĐẦU Kỹ thuật điều khiển bền vững (robust) đã được ứng dụng cho thiết kế hệ điều khiển HTĐ từ cuối những năm 1980. Sự tiện lợi chính của kỹ thuật này mang lại là một công cụ tự nhiên để mô phỏng thành công những trạng thái không ổn định của nhà máy điện. Một số các nỗ lực đó đã góp phần vào việc thiết kế cho bộ ổn định HTĐ (PSS) và/hoặc các thiết bị FACTS như trong việc đưa ra công thức thiết kế độ nhạy hoà lẫn sử dụng khái niệm H [35], [52], tổng hợp  [16], [45] và khái niệm H2 trong LQG [23], [49]. Trong các nghiên cứu này rất nhiều các mục đích điều khiển kinh điển như sự dập tắt các nhiễu loạn, tính ổn định bền vững của hệ thống có nhiễu đã được thực hiện và giải quyết bằng kỹ thuật tổng hợp H.

pdf131 trang | Chia sẻ: thanhlinh222 | Lượt xem: 973 | Lượt tải: 4download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Ứng dụng lý thuyết tối ưu RH để nâng cao chất lượng của hệ điều khiển ổn định hệ thống điện PSS, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Nguyễn Hiền Trung ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TỐI ƢU RH ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN PSS Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 62 52 60 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Nguyễn Doãn Phƣớc 2. PGS.TS. Nguyễn Nhƣ Hiển Thái Nguyên – 2012 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dựa trên sự hƣớng dẫn của tập thể các nhà khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả nghiên cứu là trung thực và chƣa công bố trên bất cứ một công trình nào khác. Nghiên cứu sinh Nguyễn Hiền Trung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên iii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm luận án, tôi đã nhận đƣợc nhiều ý kiến đóng góp từ các thầy giáo, cô giáo, các anh chị và các bạn đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS. Nguyễn Doãn Phƣớc và PGS.TS. Nguyễn Nhƣ Hiển đã dành tâm huyết hƣớng dẫn tôi trong suốt thời gian qua. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở bộ môn Tự động hóa – Khoa điện – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp và gia đình đã có những ý kiến đóng góp quí báu và tạo các điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng quản lý đào tạo sau đại học – Trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp; chân thành cảm ơn bộ môn Điều khiển tự động – Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, trung tâm nghiên cứu triển khai công nghệ cao trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo những điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này. Tác giả luận án Nguyễn Hiền Trung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xi MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết, ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài 2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2 4. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 5. Những đóng góp mới của luận án 3 6. Cấu trúc của luận án 4 Chƣơng 1. TỔNG QUAN 6 1.1. Giới thiệu cấu trúc hệ thống điện 6 1.2. Điều khiển hệ thống điện 8 1.2.1. Nhiệm vụ điều khiển HTĐ 8 1.2.2. Cấu trúc điều khiển HTĐ 10 1.3. Vấn đề dao động góc tải trong HTĐ 16 1.3.1. Định nghĩa góc tải (góc rotor) 16 1.3.2. Cân bằng công suất trong HTĐ 17 1.3.3. Nguyên nhân gây ra dao động góc tải 18 1.4. Bộ ổn định HTĐ - PSS 21 1.5. Những vấn đề nghiên cứu về PSS 22 1.5.1. Một số phƣơng pháp thiết kế PSS 22 1.5.2. Các công trình nghiên cứu về PSS 25 1.6. Hƣớng nghiên cứu của luận án 26 1.7. Kết luận chƣơng 1 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên v Chƣơng 2. MÔ HÌNH TOÁN CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 28 2.1. Mô hình máy phát điện đồng bộ 30 2.1.1. Phƣơng trình biểu diễn trên hệ trục toạ độ dq0 31 2.1.2. Phƣơng trình với mạch từ tuyến tính 35 2.2. Mô hình kích từ và bộ điều chỉnh điện áp 36 2.3. Mô hình turbine và bộ điều chỉnh tốc độ 39 2.3.1. Mô hình turbine 39 2.3.2. Mô hình bộ điều tốc 41 2.4. Mô hình động học của hệ máy phát kết nối với HTĐ 42 2.4.1. Phƣơng trình ràng buộc điện áp trong hệ đơn vị tƣơng đối 42 2.4.2. Mô hình multi–time–scale của hệ máy phát kết nối với HTĐ 43 2.4.3. Mô hình bỏ qua quá độ stator của máy phát kết nối với HTĐ 45 2.4.4. Mô hình two-axis của hệ máy phát kết nối với HTĐ 47 2.4.5. Mô hình flux–decay của hệ máy phát kết nối với HTĐ 48 2.4.6. Mô men damping 50 2.5. Kết luận chƣơng 2 51 Chƣơng 3. PHÂN TÍCH BỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN PSS 52 3.1. Xây dựng mô hình tín hiệu nhỏ của hệ máy phát kết nối với HTĐ 52 3.2. Phân tích ảnh hƣởng của PSS đối với ổn định tín hiệu nhỏ 58 3.3. Phân tích cấu trúc các PSS 63 3.3.1. PSS đầu vào đơn – PSS1A 63 3.3.2. PSS đầu vào kép 64 3.4. Phân tích các thành phần trong PSS2A/2B 68 3.4.1. Tín hiệu tốc độ 68 3.4.2. Tín hiệu công suất điện 69 3.4.3. Tín hiệu công suất cơ 69 3.4.4. Bù pha và lựa chọn tín hiệu ổn định 70 3.4.5. Khâu giới hạn điện áp đầu cực 70 3.5. Đánh giá hiệu quả của PSS đối với ổn định góc tải 71 3.5.1. Trƣờng hợp không sử dụng PSS và có sử dụng PSS 71 3.5.2. Trƣờng hợp sử dụng PSS1A và PSS2A 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên vi 3.6. Kết luận chƣơng 3 74 Chƣơng 4. ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU RH ĐỂ THIẾT KẾ PSS TỐI ƢU CẤU TRÚC 75 4.1. Chuyển bài toán điều khiển ổn định tín hiệu nhỏ thành bài toán điều khiển bền vững RH 75 4.2. Thiết kế bộ điều khiển bền vững RH 80 4.2.1. Khái niệm cơ bản về lý thuyết điều khiển tối ƣu RH 80 4.2.2. Các bƣớc thực hiện bài toán điều khiển tối ƣu RH 81 4.2.3. Thiết kế PSS tối ƣu RH 85 4.3. Mô phỏng bộ điều khiển 91 4.3.1. Mô phỏng trong Matlab 91 4.3.2. Mô phỏng theo thời gian thực 93 4.4. Kết luận chƣơng 4 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC 106 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU x Các vector biến trạng thái y Vector đầu ra của hệ thống u Vector đầu vào của hệ thống n n Ma trận có các phần tử 0 có kích thƣớc n n nI Ma trận đơn vị có kích thƣớc n a, b, c Cuộn dây stator mỗi pha fd Cuộn dây kích từ kd Cuộn cản theo trục d, (k=1,2) kq Cuộn cản theo trục q, (k=1,2) va, vb, vc Điện áp pha tức thời stator ia, ib, ic Dòng điện tức thời stator các pha a, b, c ifd, ikd, ikq Các dòng điện mạch kích từ, cuộn cản dọc trục và ngang trục rfd, rkd, rkq Các điện trở mạch rotor, cuộn cản laa, lbb, lcc Tự cảm các cuộn dây stator lab, lbc, lca Hỗ cảm giữa các cuộn dây stator lafd, lakd, lakq Hỗ cảm giữa các cuộn dây rotor và stator lffd, lkkd, lkkq Tự cảm của mạch rotor Rs Điện trở pha phần ứng (stator) s Toán tử laplace = d/dt δ Góc rotor (góc tải) của máy phát (rad) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên viii θ Góc xác định bởi trục pha a và trục d (rad) vs Góc pha đầu của điện áp trên thanh cái hệ thống ω Tốc độ góc của máy phát (rad/s) ω0 Tốc độ đồng bộ (rad/s) Pm Công suất cơ (p.u) TM Mô men cơ (p.u) Pe Công suất điện (p.u) Te Mô men điện (p.u) Qe Công suất phản kháng (p.u) TD Mô men dammping – mô men dập (damping torque) TS Mô men đồng bộ (synchronizing torque) KD Hệ số mô men damping KS Hệ số mô men đồng bộ H Hằng số quán tính máy phát (s) d Từ thông stator dọc trục q Từ thông stator ngang trục Efd Điện áp kích từ Vt Điện áp đầu cực của máy phát (p.u) Vd Điện áp stator dọc trục Vq Điện áp stator ngang trục Id Dòng điện stator dọc trục Iq Dòng điện stator ngang trục Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ix E’d Điện áp quá độ dọc trục E’q Điện áp quá độ ngang trục kd Từ thông móc vòng cuộn cản dọc trục kq Từ thông móc vòng cuộn cản ngang trục Xd; X’d; X’’d Điện kháng đồng bộ, quá độ và siêu quá độ dọc trục của máy phát Xq; X’q; X’’q Điện kháng đồng bộ, quá độ và siêu quá độ ngang trục của máy phát Xls Điện kháng khe hở (stator leakage inductance) T’d0; T’’d0 Hằng số thời gian quá độ và siêu quá dộ dọc trục (s) T’q0; T’’q0 Hằng số thời gian quá độ và siêu quá dộ ngang trục (s) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên x DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Biểu diễn Ghi chú tiếng anh PSS Bộ ổn định HTĐ Power System Stabilizer AVR Tự động điều chỉnh điện áp Automatic Voltage Regulator LMI Bất đẳng thức ma trận tuyến tính Linear Matrix Inequalities LFO Dao động tần số thấp Low Frequency Oscillation LFC Điều khiển tần số–tải Load–Frequency Control AGC Automatic Generation Control HTKT Hệ thống kích từ Excitation Systems CSTD Công suất tác dụng Active Power CSPK Công suất phản kháng Reactive Power FACTS Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt Flexible AC Transmission Systems HVDC Truyền tải điện một chiều cao áp High Voltage Direct Current SVC Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh Static Var Compensator HTĐ Hệ thống điện Power System MBA Máy biến áp Transformer AC Xoay chiều DC Một chiều p.u Đơn vị tƣơng đối Per unit Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Các phần tử cơ bản của một HTĐ 7 Hình 1.2. Các hệ thống điều khiển con và điều khiển liên quan của một trạm phát điện 9 Hình 1.3. Phân loại các chế độ của HTĐ 10 Hình 1.4. Cấu trúc điều khiển HTĐ 11 Hình 1.5. Sơ đồ khối điều khiển và bảo vệ HTKT máy phát điện đồng bộ 13 Hình 1.6. Điều khiển tần số và phân phối CSTD trong HTĐ 16 Hình 1.7. Đặc tính công suất của máy phát 17 Hình 1.8. Phân loại ổn định HTĐ 19 Hình 1.9. Dao động cục bộ 19 Hình 1.10. Dao động liên khu vực 20 Hình 1.11. Sơ đồ khối điều khiển HTKT có PSS 20 Hình 1.12. Cấu trúc cơ bản của PSS 21 Hình 2.1. Sơ đồ khối một máy phát điện đồng bộ 29 Hình 2.2. Sơ đồ máy điện đồng bộ hai cực từ [47] 30 Hình 2.3. Sơ đồ mạch máy kích từ một chiều độc lập 36 Hình 2.4. Sơ đồ mạch máy kích từ tự kích 37 Hình 2.5. Mô hình HTKT IEEE loại 1 [47] 39 Hình 2.6. Sơ đồ khối của hệ thống điều tốc cơ khí - thủy lực 41 Hình 2.7. Sơ đồ khối của hệ thống điều tốc điện tử - thủy lực 41 Hình 2.8. Mô hình hệ thống turbine và điều tốc đơn giản 42 Hình 2.9. Sơ đồ động học siêu quá độ của máy phát [47] 45 Hình 2.10. Mô hình two-axis của hệ máy phát [47] 47 Hình 2.11. Mô hình động học flux-decay của máy phát điện [47] 49 Hình 3.1. Sơ đồ khối điều chỉnh kích từ máy phát nối lƣới 52 Hình 3.2. Mô hình HTKT IEEE loại 1 với tín hiệu nhỏ 56 Hình 3.3. HTKT thyristor ST1A với AVR 57 Hình 3.4. Sơ đồ khối đã tuyến tính của máy phát bao gồm kích từ & AVR 57 Hình 3.5. Đáp ứng tự nhiên của góc tải δ với các nhiễu nhỏ 59 Hình 3.6. Đồ thị vector các thành phần mô men với kích từ & AVR 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xii Hình 3.7. Sơ đồ khối đã tuyến tính hệ máy phát nối lƣới với kích từ, AVR và PSS 60 Hình 3.8. Đồ thị vector các thành phần mô men với kích từ, AVR & PSS 63 Hình 3.9. Sơ đồ khối của PSS1A – loại đầu vào đơn 64 Hình 3.10. Sơ đồ khối PSS2A (IEEE 421.5.1992) 66 Hình 3.11. Sơ đồ khối của PSS2B 66 Hình 3.12. Sơ đồ khối của PSS3B 67 Hình 3.13. Sơ đồ khối của PSS4B (Multi-band PSS) 67 Hình 3.14. Mô hình bộ chuyển đổi sai lệch tốc độ của PSS4B 68 Hình 3.15. Khâu lọc thông cao 69 Hình 3.16. Khâu lọc thông cao và tích phân đã rút gọn 69 Hình 3.17. Các cấu hình khâu lọc đối với công suất cơ 69 Hình 3.18. Khâu khuếch đại và bù pha 70 Hình 3.19. Đáp ứng góc tải δ 71 Hình 3.20. Đáp ứng tốc độ rotor ω 71 Hình 3.21. Đáp ứng sai lệch tốc độ Δω 71 Hình 3.22. Đáp ứng CSTD máy phát Pe 71 Hình 3.23. Đáp ứng góc tải δ 72 Hình 3.24. Đáp ứng tốc độ rotor ω 72 Hình 3.25. Đáp ứng sai lệch tốc độ rotor Δω 72 Hình 3.26. Đáp ứng CSTD máy phát Pe 72 Hình 3.27. Đáp ứng góc tải δ 73 Hình 3.28. Đáp ứng tốc độ rotor ω 73 Hình 3.29. Đáp ứng CSTD máy phát Pe 73 Hình 3.30. Đáp ứng sai lệch tốc độ rotor Δω 73 Hình 3.31. Đáp ứng góc tải δ 73 Hình 3.32. Đáp ứng sai lệch tốc độ rotor Δω 73 Hình 4.1. Sơ đồ khối rút gọn dùng trong nghiên cứu 75 Hình 4.2. Bài toán điều khiển tối ƣu RH 77 Hình 4.3. Đồ thị Bode của bộ điều khiển ban đầu (bậc 28) 89 Hình 4.4. Đồ thị giá trị suy biến Hankel 89 Hình 4.5. So sánh đồ thị Bode của bộ điều khiển ban đầu và bộ điều khiển giảm bậc 90 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên xiii Hình 4.6. Giá trị suy biến tƣơng đối của mô hình R ban đầu 90 Hình 4.7. So sánh đồ thị Bode của mô hình bộ điều khiển ban đầu và bộ điều khiển sau khi giảm bậc (Rr_add và Rr_mult) 91 Hình 4.8. Đáp ứng bƣớc của ba mô hình 91 Hình 4.9. Đáp ứng sai lệch góc tải  92 Hình 4.10. Đáp ứng góc tải  92 Hình 4.11. Đáp ứng sai lệch tốc độ  92 Hình 4.12. Đáp ứng sai lệch CSTD Pe 92 Hình 4.13. Đáp ứng sai lệch điện áp đầu cực Vt 92 Hình 4.14. Hình ảnh của Card điều khiển R&D DS1104 93 Hình 4.15. Thiết lập cho môi trƣờng Solver chạy thời gian thực 94 Hình 4.16. Thiết lập cho môi trƣờng Real–time workshop chạy thời gian thực 94 Hình 4.17. Mối liên hệ giữa các phần mềm điều khiển 94 Hình 4.18. Sơ đồ bàn thiết bị mô phỏng 95 Hình 4.19. Đáp ứng sai lệch góc tải Δ 96 Hình 4.20. Đáp ứng sai lệch tốc độ Δω 96 Hình 4.21. Đáp ứng sai lệch CSTD ΔPe 96 Hình 4.22. Đáp ứng sai lệch điện áp đầu cực máy phát ΔVt 96 Hình 4.23. Đáp ứng sai lệch góc tải Δδ có CPSS và PSSHinfi 97 Hình 4.24. Đáp ứng sai lệch góc tải Δδ có CPSS và không có PSS 97 Hình 4.25. Đáp ứng sai lệch tốc độ Δω có CPSS và PSSHinfi 97 Hình 4.26. Đáp ứng sai lệch tốc độ Δω có CPSS và không có PSS 97 Hình PLI.1 Sơ đồ mô phỏng trong Matlab (CPSS và không PSS) 106 Hình PLI.2 Sơ đồ mô phỏng trong Matlab (PSS1A và PSS2A) 107 Hình PLI.3 Sơ đồ khối của CPSS (PSS1A) 108 Hình PLI.4 Sơ đồ khối của PSS2A 108 Hình PLI.5 Sơ đồ mô phỏng trong Matlab của máy phát điện đồng bộ nối lƣới 109 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỞ ĐẦU Kỹ thuật điều khiển bền vững (robust) đã đƣợc ứng dụng cho thiết kế hệ điều khiển HTĐ từ cuối những năm 1980. Sự tiện lợi chính của kỹ thuật này mang lại là một công cụ tự nhiên để mô phỏng thành công những trạng thái không ổn định của nhà máy điện. Một số các nỗ lực đó đã góp phần vào việc thiết kế cho bộ ổn định HTĐ (PSS) và/hoặc các thiết bị FACTS nhƣ trong việc đƣa ra công thức thiết kế độ nhạy hoà lẫn sử dụng khái niệm H [35], [52], tổng hợp  [16], [45] và khái niệm H2 trong LQG [23], [49]. Trong các nghiên cứu này rất nhiều các mục đích điều khiển kinh điển nhƣ sự dập tắt các nhiễu loạn, tính ổn định bền vững của hệ thống có nhiễu đã đƣợc thực hiện và giải quyết bằng kỹ thuật tổng hợp H. Gần đây xuất hiện thêm nhiều kết quả nghiên cứu có liên quan đến vấn đề này. Điển hình là của G. N. Taranto, J. H. Chow [50] đƣa ra bộ điều khiển cân bằng mô hình (model–matching), công trình của Hardiansyah, Seizo Furuya, Juichi Irisawa [23] đƣa ra bộ điều khiển H, hay công trình của J. H. Chow, J.J. Sanchez–Gasca áp dụng phƣơng pháp gán điểm cực để thiết kế PSS [17], Tuy nhiên các tác giả lại chƣa đƣa ra thiết kế các bộ điều khiển áp dụng đƣợc rộng trong các điều kiện vận hành, cũng nhƣ chỉ hạn chế đƣợc sự ảnh hƣởng các tín hiệu ngoại sinh nhờ trọng số chọn trƣớc dƣới điều kiện chúng phải là đo đƣợc. Rõ ràng giả thiết này không phải lúc nào cũng đƣợc thỏa mãn trong thực tế. Chính vì thế cần thiết phải nghiên cứu phát triển các hệ thống điều khiển này dƣới giả thiết tín hiệu ngoại sinh là không đo đƣợc hoặc không quan sát đƣợc. 1. Tính cấp thiết, ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài Khi phải thiết kế, xây dựng một hệ thống điều khiển bất kỳ nào đó, các nhà thiết kế thƣờng gặp phải bài toán là bộ điều khiển đƣợc thiết kế phải đảm bảo cho hệ thống có đƣợc chất lƣợng làm việc mong muốn nhƣ tính ổn định, mức tiêu hao năng lƣợng thấp, tính bền vững cao,... trong dải công suất làm việc lớn. Có thể thấy ngay đƣợc rằng các yêu cầu này khó có thể đƣợc đáp ứng chỉ với các công cụ điều khiển có cấu trúc đơn giản đang đƣợc sử dụng nhiều trong công nghiệp nhƣ bộ điều khiển PI, PID, PSS là một trong các bộ điều khiển hiện đang đƣợc sử dụng trong các nhà máy điện. Ở Việt Nam, nó đƣợc lắp đặt trong các nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Phú Mỹ; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 nhà máy thủy điện Thác Bà, Yaly và Sơn La, PSS có nhiệm vụ tăng cƣờng việc giảm các dao động tần số thấp trong HTĐ [43], [46] mở rộng giới hạn truyền tải công suất và duy trì hoạt động an toàn của mạng lƣới điện. Tuy vậy, nó vẫn có một hạn chế là mỗi bộ tham số điều khiển chỉ đảm bảo đƣợc tính ổn định cho hệ thống trong một dải công suất làm việc nhất định (nominal conditions), ngoài dải công suất đó kỹ sƣ vận hành bắt buộc phải tự chỉnh định lại các tham số làm việc của PSS. Hơn thế nữa, những tham số chuẩn đƣợc giới thiệu cũng chỉ đảm bảo đƣợc tính ổn định khi hệ thống làm việc độc lập và không bị các tƣơng tác khác của những hệ thống xung quanh tác động dƣới vai trò nhƣ các tín hiệu nhiễu ngoại sinh. Để nâng cao đƣợc khả năng làm việc bền vững cho các bộ điều khiển, hiện ngƣời ta vẫn sử dụng nguyên tắc thủ cựu là xây dựng thêm nhiều mạch vòng điều khiển bổ sung (cascade), bằng cách sử dụng thêm bộ điều khiển PID [18], [51] và các bộ lọc lead–lag [33]. Song đáng tiếc, nhƣ tài liệu [22] chỉ rõ, nguyên lý điều khiển bảo thủ này vẫn chứa đựng các khiếm khuyết của nó và vẫn có thể dẫn tới sự phá vỡ chỉ tiêu chất lƣợng đặt ra của hệ thống, chẳng hạn nhƣ với sự gia tăng của các đƣờng dây truyền tải điện dài công suất lớn, các máy phát lắp đặt HTKT độ nhạy cao thì trong một số trƣờng hợp, các bộ điều khiển trên không đảm bảo đƣợc sự dập tắt đối với những dao động trong hệ thống. Gần đây, lý thuyết tối ƣu RH [2], [42], [56] đƣợc phát triển đã mở rộng kho công cụ cho các kỹ sƣ điều khiển để thiết kế điều khiển bền vững, cho phép tạo ra đƣợc các bộ biều khiển bổ sung có khả năng mở rộng dải công suất làm việc định mức cho hệ thống mà vẫn đảm bảo đƣợc việc loại bỏ các tác động ngoại sinh bên ngoài. Vì vậy, trong luận án này đã đề xuất xây dựng cấu trúc bộ điều khiển mới trên cơ sở lý thuyết tối ƣu RH để nâng cao chất lƣợng điều khiển ổn định HTĐ. Điều này mang tính cấp thiết và có ý nghĩa lớn trong thực tế. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ƣu RH để nâng cao chất lƣợng điều khiển ổn định HTĐ. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu – Đối tượng nghiên cứu của luận án là Hệ thống điện. – Phạm vi nghiên cứu của luận án đƣợc giới hạn trong việc nghiên cứu ổn định góc tải (góc rotor) với các nhiễu nhỏ, các nhiễu nhỏ này sinh ra bởi thiếu mô Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 men damping hoặc thay đổi về phụ tải hay máy phát trong quá trình làm việc. Kỹ thuật thiết kế bộ điều khiển ở đây là lý thuyết điều khiển tối ƣu RH. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu – Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các công trình nghiên cứu đƣợc công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chuyên ngành; nghiên cứu cấu trúc và phƣơng pháp lựa chọn thông số PSS. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm các bộ PSS đó. – Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu cấu trúc các PSS đang lắp đặt trong các nhà máy điện hiện nay ở Việt Nam, rồi phân tích lý giải so sánh. Kiểm chứng bộ điều khiển PSS thiết kế mới bằng mô phỏng trong Matlab R2010a & Simulink, sau đó là mô phỏng thời gian thực trên Card R&D DS1104. Đánh giá khả năng ứng dụng của bộ PSS mới. – Lấy ý kiến chuyên gia: Tham khảo ý kiến của các nhà khoa học ở Viện Điện – trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, trung tâm nghiên cứu triển khai công nghệ cao trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội; ý kiến của các Kỹ sƣ vận hành nhà máy nhiệt điện Phả Lại, thủy điện Sơn La và nhà sản xuất thiết bị PSS của hãng ABB. 5. Những đóng góp mới của luận án – Luận án đã nghiên cứu một cách hệ thống về PSS. Ứng dụng lý thuyết điều khiển tối ƣu RH thiết kế thành công bộ PSS tối ƣu về cấu trúc và tham số để nâng cao chất lƣợng ổn định HTĐ. Bộ điều khiển cho thấy làm việc bền vững với sai lệch mô hình và nhiễu. Ngoài ra chất lƣợng ổn định lại ít nhạy cảm nhất với sai lệch mô hình và nhiễu. – Luận án đã dùng chuẩn Hankel để giảm bậc mô hình bộ điều khiển từ bậc 28 xuống bậc 6, giúp cho việc thực hiện bộ điều khiển RH có tính khả thi trong thực tế. – Luận án đã đánh giá đƣợc hiệu quả của các loại PSS theo chuẩn IEEE 421.5.2005 trong vấn đề giảm các dao động góc tải của máy phát điện trong HTĐ. Kết quả này sẽ giúp cho các nhà thiết kế và kỹ sƣ vận hành HTĐ hiểu rõ hơn về PSS theo lý thuyết điều khiển tối ƣu RH cũng nhƣ cách cài đặt PSS theo các cấu trúc khác. – Kết quả nghiên cứu của luận án mở ra khả năng ứng dụng RH – PSS trong HTĐ thực tế. Số hóa bởi Trung
Luận văn liên quan