Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tần số máy phát điện

VŨ THỊ YẾN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

TỰ ĐỘNG HÓA
TN
2011

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TẦN
SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN

VŨ THỊ YẾN

THÁI NGUYÊN 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ MÁY
PHÁT ĐIỆN

Ngành
: TỰ ĐỘNG HÓA
Học Viên
: VŨ THỊ YẾN
Người HD Khoa học: PGS.TS. VÕ QUANG LẠP

THÁI NGUYÊN – 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

-----------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên
Ngày tháng năm sinh

Nơi sinh
Nơi công tác
Cơ sở đào tạo
Chuyên ngành
Khóa học

:
:
:
:
:
:
:

Vũ Thị Yến
Ngày 25 tháng 02 năm 1984
Huyện Gia Lộc – Tỉnh Hải Dương
Trường Đại Học Sao Đỏ
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
Tự động hóa
K12- TĐH

TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ MÁY
PHÁT ĐIỆN

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Võ Quang Lạp
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Ngày giao đề tài: ........./....../.........
Ngày hoàn thành: ......./....../.........

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

HỌC VIÊN

PGS.TS. Võ Quang Lạp
BAN GIÁM HIỆU

Vũ Thị Yến
KHOA SAU ĐẠI HỌC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-1-

Chuyên ngành tự động hoá

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là, Vũ Thị Yến học viên lớp cao học khoá 12 - Tự Động Hoá Trƣờng đại
học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên.
Hiện nay tôi đang công tác tại khoa Điện - Trƣờng đại học Sao Đỏ.
Xin cam đoan: Đề tài ”Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động

tần số máy phát điện” dƣới sự hƣớng dẫn của PGS – TS Võ Quang Lạp là công
trình nghiên cứu riêng của tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều đƣợc ghi trong
danh mục tham khảo, không sử dụng tài liệu nào khác mà không đƣợc ghi trong
danh mục.
Tôi xin cam đoan tất cả các nội dung trong luận văn đúng nhƣ trong đề cƣơng
và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
.
Ngƣời cam đoan

Vũ Thị Yến

CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

HVTH: Vũ Thị Yến



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành tự động hoá

-2-

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng đƣợc sự giúp đỡ, hƣớng dẫn
tận tình của thầy PGS – TS Võ Quang Lạp, luận văn với đề tài “Nghiên cứu nâng
cao chất lượng hệ điều chỉnh tự động tần số máy phát điện” đã đƣợc hoàn thành.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
Thầy giáo hƣớng dẫn PGS – TS Võ Quang Lạp đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ

tác giả hoàn thành luận văn này.
Khoa sau đại học, các thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện - Trƣờng đại học Kỹ
thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng
nhƣ quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn.
Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã quan tâm động viên, giúp đỡ
trong suốt quá trình học tập.

Tác giả

Vũ Thị Yến

CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

HVTH: Vũ Thị Yến



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-3-

Chuyên ngành tự động hoá

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. 5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ TIẾNG NƢỚC NGOÀI ....................................... 8
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 9
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG ..............................10
MÁY PHÁT ĐIỆN ...................................................................................................10

1.1. Chất lƣợng điện năng của máy phát điện .......................................................10
1.2.

Ổn định điện áp ..........................................................................................10

1.3.1. Ổn định tần số thứ cấp .............................................................................14
1.3.2. Ổn định tần số sơ cấp ...............................................................................16
CHƢƠNG 2: TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN.........................20
2.1

.Tổng quan về điều tốc ...............................................................................20

2.1.1 Các thông số đặc trƣng của bộ điều tốc ....................................................20
2.1.2. Một số loại điều tốc .................................................................................22
2.2. Một số hệ tự động ổn định tần số cho các loại máy phát điện .......................24
2.2.1.Tự động ổn định tần số cho nhà máy nhiệt điện .......................................24
2.2.2. Tự động ổn định tần số máy phát gió ......................................................36
2.2.3. Tự động ổn định tần số máy phát thuỷ điện ............................................43
2.2.4.Tự động ổn định tần số máy phát dầu.......................................................46
CHƢƠNG 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ỔN ĐỊNH TẦN SỐ
CHO MÁY PHÁT.....................................................................................................52
3.1. Sơ đồ khối hệ điều khiển bộ điều tốc thuỷ điện .............................................52
3.1.1. Các hệ điều khiển.....................................................................................52
3.1.2. Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc thuỷ điện...........................52
3.2. Tổng hợp hệ truyền động PWM –Đ cho điều tốc thuỷ điện ..........................68
3.2.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc ...............................................................................68
3.2.2. Xây dựng hàm truyền của các khâu trong hệ thống điều khiển. .............69
3.2.3. Tổng hợp hệ thống. ..................................................................................72
3.3. Mô phỏng hệ thống.........................................................................................78
CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

HVTH: Vũ Thị Yến



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-4-

Chuyên ngành tự động hoá

3.3.1. Chọn và xác định các thông số ................................................................78
3.3.2. Tiến hành mô phỏng ................................................................................81
3.3.3. Nhận xét: ..................................................................................................83
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU TỐC MÁY PHÁT ĐIỆN............................................84
4.1. Tính phi tuyến của bộ điều khiển vị trí ..........................................................84
4.2.Tổng hợp hệ thống sử dụng bộ điều khiển mờ thích nghi...............................85
4.2.1. Đặt vấn đề ................................................................................................94
4.2.2. Mô hình toán học của bộ điều khiển mờ .................................................95
4.2.3. Xây dựng bộ điều khiển mờ thích nghi theo mô hình mẫu song song ....99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................113

CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

HVTH: Vũ Thị Yến

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành tự động hoá

-5-

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

Hình 1-1

Hệ thống tự động ổn định điện áp AVR

13

Hình 1-2

Sơ đồ khối bộ điều tần thứ cấp

15

Hình 1-3

Sơ đồ cơ cấu đo tần số a, biều đồ vectơ điện áp b

15

Hình 1-4

Đƣờng đặc tính tĩnh tuabin (1,2,3) và phụ tải (1’,2’,3’).

17

Hình 1-5

Sơ đồ khối bộ điều tốc

19

Hình 2-1

Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điều tốc cơ khí

23

Hình 2-2

Hệ thống điều khiển có máy phát tốc

23

Hình 2-3

Nguyên lý quá trình sản xuất điện năng của nhà máy nhiệt điện

25

Hình 2-4

Sơ đồ mạch điều khiển áp suất hơi chính

27

Hình 2-5

Sơ đồ mạch đầu vào điều khiển lò hơi

28

Hình 2-6

Sơ đồ tuabin master

29

Hình 2-7

Sơ đồ mạch điều khiển nhiên liệu

30

Hình 2-8

Sơ đồ điều khiển khói gió

31

Hình 2-9

Sơ đồ mạch điều khiển gió cấp 2

32

Hình2-10

Sơ đồ mạch điều khiển Quạt khói

33

Hình 2-11

Sơ đồ mạch điều khiển mức nƣớc bao hơi

34

Hình 2-12

Sơ đồ mạch điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt

35

Hình 2-13 Cấu tạo của tuabin gió

38

Hình 2-14 Sơ đồ hệ thống phát điện sức gió

39

Hình 2-15 Phân tích động học cánh gió

41

Hình 2-16 Góc điều khiển của một cánh gió ở 10 vị trí khác nhau

43

Hình 2-17 Sơ đồ nguyên lý máy điều chỉnh tốc độ quay của tuabin kiểu 44
hƣớng tâm
Hình 2-18 Sơ đồ nguyên lý đơn giản hoá của máy điều tốc tuabin kiểu 46
điện
Hình 2-19 Hệ thống điều tốc máy phát điện dầu

47

Hình 2-20 Đồ thị công chỉ thị

47

CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

HVTH: Vũ Thị Yến

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành tự động hoá

-6-

Hình 3-1

Hệ thống điều khiển số

52

Hình 3-2

Hệ thống điều khiển tƣơng tự

52

Hình 3-3

Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc thuỷ điện

53

Hình 3-4

Sai số tải đƣợc tạo ra ở chiết áp khi một điện trở tải đƣợc nối

54

giữa contact trƣợt và một đầu của dây điện trở
Hình 3-5

Định hƣớng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông ro-

55

tor(r,q)
Hình 3-6

Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ KĐB bằng thiết

57

bị biến tần
Hình 3-7

Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều thyristor - động cơ

Hình 3-8

Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai 59

58

mạch vòng kín.
Hình 3-9

Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ

60

hai mạch vòng kín
Hình 3-10 Đồ thị tốc độ quay và dòng điện của quá trình khởi động hệ

60

thống điều chỉnh tốc độ
Hình 3-11 Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung một

64

chiều
Hình 3-12 Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H

65

Hình 3-13 Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H

65

Hình 3-14 Sơ đồ khối của mạch tạo xung điều khiển

67

Hình 3-15

sơ đồ cấu trúc hệ thống điều tốc thuỷ điện

69

Hình 3-16 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi

69

Hình 3-17 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện

72

Hình 3-18 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện

73

Hình 3-19 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ

74

Hình 3-20 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí

76

Hình 3-21 Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí

78

Hình 3-22 Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển bằng bộ điều khiển PID

81

Hình 4-1

Quan hệ giƣ̃a  và 

CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

85
HVTH: Vũ Thị Yến



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

-7-

Chuyên ngành tự động hoá

Hình 4-2

Cấu trúc phƣơng pháp điều khiển thích nghi trực tiếp

86

Hình 4-3

Cấu trúc của phƣơng pháp điều khiển thích nghi gián tiếp

87

Hình 4-7

Luật hợp thành tuyến tính

89

Hình 4-8

Quan hệ vào ra của luật hợp thành tuyến tính

98

Hình 4-9

Sự hình thành ô suy luận từ luật hợp

92

Hình 4-10 Các vùng trong ô suy luận

92

Hình 4-11 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K

93

Hình 4-12 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra

94

Hình 4-13 MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu ra và hệ số tích 95
phân sai lệch đầu vào
Hình 4-14 Sơ đồ khối mờ cơ bản

96

Hình 4-15 Các luật hợp thành

96

Hình 4-16 Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ

97

Hình 4-17 Các vùng trong ô suy luận

97

Hình 4-18 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K

100

Hình 4-19 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra

101

Hình 4-20 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra và hệ số tích phân sai

102

lệch đầu vào

Hình 4-21 Sơ đồ khối mờ cơ bản

103

Hình 4-22 Các luật hợp thành

107

Hình 4-23 Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ

108

Hình 4-24 Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lƣợng bộ điều khiển PID và bộ điều

108

khiển mờ thích nghi

Hình 4-25 Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lƣợng bộ điều khiển PID và bộ

110

điều khiển mờ thích nghi
Hình 4-26 Các tín hiệu đầu ra tƣơng ứng với các giá trị đặt khác nhau của

112

vị trí đặt đầu vào φđặt = 6V

CBHDKH: PGS. TS. Võ Quang Lạp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

HVTH: Vũ Thị Yến



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....