Điều khiển tối ưu hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ với Tuabin kiểu trục ngang
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (299.09 KB, 27 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA
ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN
SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI
TUABIN KIỂU TRỤC NGANG
NGUYỄN THỊ THẮM
THÁI NGUYÊN, NĂM 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN
SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI
TUABIN KIỂU TRỤC NGANG
Ngành:
TỰ ĐỘNG HOÁ
Mã số:
Học viên: NGUYỄN THỊ THẮM
Người hướng dẫn khoa học: TS CAO XUÂN TUYỂN
THÁI NGUYÊN, NĂM 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI
ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ THỐNG PHÁT
ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
VỚI TUABIN KIỂU TRỤC NGANG
Học viên: Nguyễn Thị Thắm
Lớp: TĐH- K11
Chuyên ngành: Tự động hóa
Người HD khoa học: TS Cao Xuân Tuyển
Ngày giao đề tài: 01/01/2010
Ngày hoàn thành: 30/8/2010
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
HỌC VIÊN
TS. CAO XUÂN TUYỂN
NGUYỄN THỊ THẮM
DUYỆT BGH
KHOA SAU ĐẠI HỌC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và
nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong
phần tài liệu tham khảo đã được trích dẫn. Các số liệu và kết quả mô phỏng được thực
hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Cao Xuân Tuyển là trung thực và chưa từng được
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
.
Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Thắm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Mục lục
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các bảng…………………………………………………………………..1
Danh mục các hì nh vẽ, đồ thị………………………………………………………...2
Mở đầu ....................................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ
1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................ .6
1.2. Khái quát về các loại hệ thống năng lượng gió và đối tượng nghiên cứu của luận
văn.................................................................. ..............................................................6
1.2.1 Khái niệm về năng lượng gió…………………………………................6
1.2.2. Cấu tạo tuabin phong điện.......................................................................7
1.2.3 Công suất tuabin gió………………………………………….…………9
1.2.4 Nguyên lý hoạt động của các tuabin gió………………………………..9
1.3. Khái quát về hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng MĐĐB-KTVC……….....11
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG PHÁT
ĐIỆN CHẠY SỨC GIÓ SỬ DỤNG MĐĐB – KTVC
2.1. Cấu trúc điều khiển hệ thống PĐSG sử dụng MĐĐB- KTVC…………………...13
2.2. Mô hình toán học đối tượng MĐĐB-KTVC……………………………………..14
2.2.1. Biểu diễn vector không gian các đại lượng 3 pha………………………...14
2.2.2. Mô hình trạng thái liên tục của MĐĐB-KTVC…………………………..19
2.3. Hệ thống điều khiển góc cánh………………………………………………........21
2. 4. Hệ thống điều khiển phía máy phát…………………………………………..22
2.5. Thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái theo phương pháp tuyến tính hoá chính
xác…………………………………………………………………………………….23
2.6. Tổng hợp các bộ điều khiển PI (mạch vòng dòng điện, Udc)……………………29
2.6.1. Tổng hợp vòng điều chỉnh vector dòng startor…………………………..29
2.6.2. Tổng hợp vòng điều chỉnh tốc độ quay (UDC)……………………………30
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2.7. Hệ thống điều khiển phía lưới…………………………………………………..31
2.7.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển phía lưới……………………………...……31
2.7.2. Xây dựng mô hình dòng phía lưới……………………………...………..32
2.7.3. Thiết kế hệ thống điều khiển phía lưới…………………………………...37
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT VÀ HIỆU
SUẤT CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MĐĐB – KTVC
3.1. Bộ điều khiển MPPTP………………………………………………………….41
3.2 Bộ điều khiển từ thông máy phát………………………………………………45
3.3. Bộ điều khiển mờ MPPTL xác định công suất cực đại lấy từ gió phát lên lưới...49
CHƯƠNG 4: KIỂM CHỨNG HỆ THỐNG BẰNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN
4.1. Tổng quan………………………………………………………………………...53
4.1.1. Giới thiệu công cụ mô phỏng PLECS…………………………………… 53
4.1.2. Các tham số dùng cho mô phỏng ………………………………………..54
4.2. Xây dựng các khối mô phỏng trên Simulink và PLECS…………………………55
4.2.1. Khối “DFIM Model”…………………………………..………………….56
4.2.2. Khối “Generator Side Controller”………………………………………..59
4.2.3. Khối “Grid Side Controller”……………………………………………..62
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................................... 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 90
PHỤ LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Danh mục các bảng
Bảng
Tên bảng
Trang
Bảng 3.1
Các luật điều khiển của bộ điều khiển mờ
45
Bảng 3.2
Các luật điều khiển của bộ điều khiển mờ ĐKTTMF
49
Bảng 3.3
Các luật điều khiển của bộ điều khiển mờ MPPTL
52
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình
Tên hì nh
Trang
Hình 1.1
Cấu tạo phong điện tua bin trục ngang
8
Hình 1.2
Tuốc bin gió với tốc độ cố định
10
Hình 1.3
Tuốc bin gió với tốc độ thay đổi có bộ biến đổi nối trực tiếp giữa
stator và lưới
Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ kích thích
Hình 1.4
nam châm vĩnh cửu (ĐB - KTVC)
10
11
Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ kích thích
Hình 1.5
nam châm vĩnh cửu(ĐB-KTVC) có điện áp máy phát được chỉnh
11
lưu đơn giản.
Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ kích thích
nam châm vĩnh cửu(ĐB-KTVC) có điện áp máy phát được chỉnh
Hình 1.6
lưu có điều khiển tuỳ theo sức tiêu thụ nhờ nghịch lưu phía máy
12
phát
Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ kích thích
Hình 2.1
Hình 2.2
nam châm vĩnh cửu(ĐB-KTVC)
Xây dựng vector không gian dòng stator từ các đại lượng pha
13
14
Biểu diễn dòng điện stator dưới dạng vector không gian trên hệ
Hình 2.3
16
tọa độ
Hình 2.4
Vector dòng stator trên 3 hệ tọa độ αβ, ab và dq
17
Hình 2.5
Chuyển hệ tọa độ cho vector không gian bất kỳ V
17
Hình 2.6 Hệ thống điều khiển góc cánh
22
Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phía máy phát
23
Hình 2.8
Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển chuyển trạng thái
28
Hình 2. 9
Sơ đồ cấu trúc vòng điều chỉnh dòng
29
29
Hình 2.10 Sơ đồ hai vòng điều chỉnh thay thế
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ quay ĐCĐB
30
Sơ đồ thay thế (cấu trúc ở hình 2.11) khi thiết kế khâu điều chỉnh
tốc độ quay ĐCĐB
Hình 2.13 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phía lưới
31
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý phía lưới
32
Hình 2.15 Sơ đồ tổng quát mạch điện phía lưới
33
Hình 2.16 Sơ đồ thay thế
34
Hình 2.17 Sơ đồ tối giản mạch điện phía lưới
34
Hình 2.18 Mô hình gián đoạn phía lưới
36
Hình 2.12
Cấu trúc điều khiển phía lưới của hệ thống phát điện chạy sức
Hình 2.19
gió sử dụng MĐĐB - KTVC
Quan hệ giữa P0, tốc độ máy phát, tốc độ gió và hoạt động của
các bộ điều khiển mờ MPPTL, ĐKTTMF
Hình 3.2
Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ MPPTP
Hình 3.3
38
39
Hình 2.20 Sơ đồ cấu trúc khâu điều chỉnh dòng phía lưới
Hình 3.1
32
41
42
Sơ đồ khối khâu mờ hoá, các luật điều khiển, thiết bị hợp thành
và giải mờ của bộ điều khiển mờ MPPTP
43
Hình 3.4
Các giá trị của biến đầu vào “SLCS”
43
Hình 3.5
Các giá trị của biến đầu vào “LSLTD”
44
Hình 3.6
Các giá trị của biến đầu ra “SLTD”
44
Hình 3.7
Phương thức tìm điểm làm việc có hiệu suất cực đại của hệ thống
46
Hình 3.8
Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ từ thông máy phát ĐKTTMF
47
Hình 3.9
Sơ đồ khối khâu mờ hoá, các luật điều khiển, thiết bị hợp thành
và giải mờ của bộ điều khiển mờ ĐKTTMF
Hình 3.10 Các giá trị của biến đầu vào “SLCS
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
47
48
Hình 3.11
Các giá trị của biến đầu vào “LSLD”
48
Hình 3.12
Các giá trị của biến đầu ra “SLD”
49
Hình 3.13 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ MPPTL
50
Hình 3.14 Các giá trị của biến đầu vào “SLTD”
50
Hình 3.15 Các giá trị của biến đầu ra “LSLCS”
51
Hình 3.16 Các giá trị của biến đầu ra “SLCS”
51
Hình 4.1
Hình 4.2
Sơ đồ PLECS máy điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu
Sơ đồ Simulink mô phỏng toàn bộ hệ thống phát điện sức gió sử
dụng MĐĐB - KTVC
53
55
Hình 4.3
Sơ đồ Simulink khối “DFIM Model”
56
Hình 4.4
Sơ đồ PLECS mô phỏng hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng
MĐĐB-KTVC
Sơ đồ PLECS mô phỏng hệ thống biến tần
57
Hình 4.5
(“Back to back converter”)
57
Hình 4.6
Sơ đồ PLECS bộ nghịch lưu nguồn áp/chỉnh lưu
58
Hình 4.7
Sơ đồ Simulink mô phỏng khâu PLL
59
Hình 4.8
Sơ đồ Simulink mô phỏng hệ thống điều chỉnh phía máy phát
(“Generator Side Controller”)
59
Sơ đồ Simulink khâu phản hồi trạng thái MĐĐB - KTVC
Hình 4.9
60
Hình 4.10 Mẫu xung điều chế và sơ đồ định nghĩa thời gian đóng ngắt van
a,b
Hình 4.10 Sơ đồ Simulink mô phỏng khâu ĐCVTKG (“SVPWM”)
c
Hình 4.11
Hình 4.12
Sơ đồ Simulink mô phỏng hệ thống điều chỉnh phía lưới (“Grid
Side Controller”)
Sơ đồ Simulink mô phỏng khâu điều chỉnh dòng phía lưới
(Dead-beat Current Controller)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
61
62
63
63
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
