Điều khiển tối ưu hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ với Tuabin kiểu trục ngang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT... ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TR

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

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

TS CAO XUÂN TUYỂN

HỌC VIÊN

NGUYỄN THỊ THẮM

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

Mục lục

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các bảng……… 1

Danh mục các hình 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

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

Danh mục các bảng

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

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

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

Hình 1.4

Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ kích thích

nam châm vĩnh cửu (ĐB - KTVC) 11

Hình 1.5

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

lưu đơn giản

11

Hình 1.6

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

lưu có điều khiển tuỳ theo sức tiêu thụ nhờ nghịch lưu phía máy

phát

12

Hình 2.1

Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ kích thích

Hình 2.2 Xây dựng vector không gian dòng stator từ các đại lượng pha 14

Hình 2.3

Biểu diễn dòng điện stator dưới dạng vector không gian trên hệ

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 2.8 Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển chuyển trạng thái 28

Hình 2 9 Sơ đồ cấu trúc vòng điều chỉnh dòng 29

Hình 2.10 Sơ đồ hai vòng điều chỉnh thay thế 29

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ quay ĐCĐB 30

Hình 2.12 Sơ đồ thay thế (cấu trúc ở hình 2.11) khi thiết kế khâu điều chỉnh

Hình 2.13 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phía lưới 32

Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý phía lưới 32 Hình 2.15 Sơ đồ tổng quát mạch điện phía lưới 33

Hình 2.17 Sơ đồ tối giản mạch điện phía lưới 34 Hình 2.18 Mô hình gián đoạn phía lưới 36 Hình 2.19

Cấu trúc điều khiển phía lưới của hệ thống phát điện chạy sức

Hình 3.3 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 47

Hình 3.10 Các giá trị của biến đầu vào “SLCS 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 Sơ đồ PLECS máy điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu 53

Hình 4.2 Sơ đồ Simulink mô phỏng toàn bộ hệ thống phát điện sức gió sử

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

Hình 4.5 Sơ đồ PLECS mô phỏng hệ thống biến tần

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

Sơ đồ Simulink mô phỏng khâu ĐCVTKG (“SVPWM”) 62

Hình 4.11 Sơ đồ Simulink mô phỏng hệ thống điều chỉnh phía lưới (“Grid

Hình 4.12 Sơ đồ Simulink mô phỏng khâu điều chỉnh dòng phía lưới

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

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read