Cải thiện hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện buôn tua shah ứng dụng bộ điều khiển pid fuzzy

L IăCAMăĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa nà

Đ I H CăĐÀăN NG

-

ĐOÀNăVĔNăMINH

C I THI N H TH NGăĐI U T C NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH

NG D NG B ĐI U KHI N PID - FUZZY

LU NăVĔNăTH CăSĨăKỸ THU T

ĐƠăN ng ậ Nĕmă2018

Đ I H CăĐÀăN NG

-

ĐOÀNăVĔNăMINH

C I THI N H TH NGăĐI U T C NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH

NG D NG B ĐI U KHI N PID - FUZZY

Chuyên ngành: Kỹ thuật Đi u khi n và Tự đ ng hóa

L IăCAMăĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình khoa nào khác

Tác gi luận văn

Đoàn Văn Minh

C I THI N H TH NG ĐI U T C NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH

NG D NG B ĐI U KHI N PID - FUZZY

Học viên: Đoàn Văn Minh Chuyên ngành: Kỹ thuật Đi u khi n và Tự đ ng hóa

Mư s : 8520216 Khóa: K33 Đắk Lắk Tr ng Đ i học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm t t - B đi u khi n PID đư và đang đ c ứng d ng r ng rãi nh vào những u đi m ổn định và đáp ứng đầu ra t t Tuy nhiên với các các h th ng mà thông sô thay đổi liên t c thì

b đi u khi PID Fuzzy sẽ khắc ph c đ c đi m y u c a đi u khi n PID kinh đi n đó là kh năng đáp ứng t t, đ m b o tín hi u đầu ra ít bị thay đổi đ i với sự thay đổi c a các tham s

c a h th ng trong quá trình mô hình hóa cũng nh trong quá trình vận hành Luân văn đư xây dựng đ c mô hình h th ng đi u t c th y đi n dựa vào những nguyên lý làm vi c và các đặc tính vật lý từ tài li u tham kh o [12][13] và thi t k b đi khi n PID Fuzzy dựa trên

những b PID kinh đi n và các nguyên tắc thi t k b đi u khi n m Luân Văn mô ph ng đánh giá k t qu đ t đ c giữa các b đi u đi u khi n: PID – Fuzzy, PID Ziegler – Nichols

và b đi u khi n điêu t c với thông s PID nhà máy BTS và với giá trị kh đ ng thực t t i nhà máy BTS Từ đó rút ra đ c những k t luận và đ a ra h ớng phát tri n ti p theo

MPROVING THE GOVERNOR SYSTEM OF HYDRO-POWER BUON TUA SRAH

APPLICATIONS PID ậ FUZZY CONTROLLERS

Abstract - PID controllers have been widely applied due to their stable advantages and good output response However, for systems where the data is constantly changing, the Fuzzy PID controller overcomes the weaknesses of the classic PID controller, which is the ability

to respond well to ensure that the output signal is less volatile for the change of system parameters during modeling as well as during operation The model of the hydrodynamic speed control system based on working principles and physical characteristics from the reference [12] [13] and Fuzzy PID controller design based on sets Classical PID and fuzzy controller design principles Simulation results were obtained between controllers: PID Fuzzy, PID Ziegler - Nichols and the speed controller with the PID parameters of the BTS plant and the actual values at the BTS plant From there draw conclusions and give direction

to the next development

M C L C

M Đ U

1 Tính cấp thi t c a đ tài……… ………1

2 M c tiêu nghiên cứu……… ………….2

3 Đ i t ng và ph m vi nghiên cứu……… …………2

4 Ph ơng pháp nghiên cứu……… ……… 2

5 B c c luận văn……… ………2

C H NGă1 - T NG QUANG NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH VÀ H TH NGăĐI U T C NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH 4

1.1 Tổng Quang nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah……… …………4

1.1.1 Các công trình th y công và tuy n năng l ng 4

1.1.2 Đi u chỉnh t c đ trong nhà máy đi n……… ………7

1.2 Tổng quan v đi u t c nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah……… ………10

1.2.1 Chức năng……… ……….10

1.2.2 Thông s 11

1.2.3 Cấu hình phần cứng c a b chuy n đổi 11

1.2.4 Qúa trình chuy n đổi tr ng thái làm vi c 13

1.2.5 Nguyên lý làm vi c 13

1.2.6 Ch đ vận hành 15

1.2.7 Đặc tính kh i đ ng 17

1.2.8 Thông s lấy từ đi u t c 18

1.3 Các công trình nguyên cứu công b ……… …………22

1.3.1 Trong n ớc 22

1.3.2 N ớc ngoài 23

1.3.3 Nhận xét chung 25

1.4 K t luận ch ơng 1 25

C H NGă2 ậ MO HINH HOA H TH NGăĐI U T C TURBINE TH Y ĐI N 26

2.1 Mô hình hóa cơ khí đi u khi n……… … 26

2.2 Mô hình hóa Turbine th y lực……… ……… …… 30

2.3 Mô hình hóa h th ng turbine – máy phát 34

2.4 Tổng h p 36

2.5 K t luận ch ơng 2 37

C H NGă3 ậ C ăS LÝ THUY T DI U KHI N M 38

3.1 Giới thi u chung 38

3.1.1 Định nghĩa tập m 40

3.1.2 M t vài d ng hàm liên t c th ng đ c sử d ng 41

3.2 Xây dựng mô hình m cho đ i t ng 41

3.2.1 Mô hình m Mamdami 42

3.2.2 Mô hình m Sugeno 52

3.2.3 So sánh hai lo i mô hình 54

3.3 Tổng h p b đi u khi n m 54

3.3.1 Cấu trúc c a b đi u kh n m 54

3.3.2 Nguyên tắc tổng h p b đi u khi n m 55

3.3.3 Các b ớc thực hi n khi xây dựng b đi u khi n m 57

3.4 K t luận 58

CH NGă4 - THI T K B ĐI U KHI N PID - FUZZY 59

4.1 Nguyên tắc chuy n đổi PID thành PID - FUZZY và các tập m t ơng ứng 59

4.2 Xây dựng luật đi u khi n 61

4.3 K t Luận Ch ơng 69

CH NGă5 - MÔ PH NG 70

5.1 Xác định thông s mô ph ng 70

5.2 Thông s mô ph ng 71

5.3 Sơ đồ mô ph ng 71

5.3.1 B đi u khi n PID- FUZZY 71

5.3.2 B đi u khi n PID ZIEGLE - NICHOLS: 73

5.3.3 B đi u khi n PID Dùng thông s PID Nhà máy Buôn Tua Srah 74

5.3.4 Tổng h p các b đi u khi n khi n 75

5.3.5 K t Q a mô ph ng……… …… 76

5.4 K t Luận Ch ơng 5 81

K T LU N VÀ KI N NGH 82

DANH M C TÀI LI U THAM KH O

QUY TăĐ NHăGIAOăĐ TÀI (b n sao)

PH L C

CÁC CH Ữ VI T T T

PID-FUZZY B đi u khi n PID - M

CCR Phòng đi u khi n trung tâm

LCU T đi u khi n t i ch

1.22 K t qu mô ph ng với th i gian kh i đ ng cơ khí TM 24

1.23 K t qu mô ph ng do tín hi u t c đ phân ph i 24 2.1 Sơ đồ đơn gi n nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah với đ ng ng áp lực

2.2 Sơ đồ h th ng cơ khí đi u khi n nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah 27

2.4 Sơ đồ cấu trúc hàm truy n c a c m van servomotor cơ th y lực 29 2.5 Sơ đồ cấu trúc hàm truy n c a c m van servormotor cơ đi n 29 2.6 Sơ đồ cấu trúc hàm truy n rút gọn c a c m van servormotor cơ đi n 30

2.10 Mô hình phi tuy n h th ng đi u t c turbine th y đi n 37

5.4 Sơ đồ tổng quang c a h th ng điêu t c với b đi u khi n PID-FUZZY 72 5.5 B đi u khi n PID-FUZZY K t h p với khâu khu ch đ i 72

5.8 Sơ đồ tổng quang c a h th ng điêu t c với b đi u khi n PID

5.10 Sơ đồ tổng quang c a h th ng điêu t c với thông s PID nhà máy BTS 75 5.11 B đi u khi n điêu t c với thông s PID nhà máy BTS 75

5.13 K t qu mô ph ng b đi u khi n PID – FUZZY(Hmax) 77 5.14 K t qu mô ph ng b đi u khi n PID ZIEGLER – NICHOLS(Hmax) 77

5.15 K t qu mô ph ng b đi u khi n dùng thông s PID nhà máy Buôn Tua

M Đ U

1 Tính c p thi t c aăđ tài

Trong sự phát tri n kinh t đất n ớc, th y đi n đóng vai trò vô cùng to lớn, là m t

cấu phần quan trọng c a ngành đi n đ m b o cung ứng đi n cho h th ng đi n Vi t Nam, đặc bi t trong b i c nh s n l ng đi n từ than, dầu m … đang dần c n ki t Th y đi n chi m kho ng 15-20% tổng s n l ng đi n c a th giới và chi m tới 95% tổng s n l ng năng l ng tái t o Và t i Vi t Nam, th y đi n hi n vẫn chi m kho ng 35% tổng s n l ng

đi n toàn h th ng

Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah nằm trên khu vực Nam Tây nguyên, công suất máy phát lớn (86 MW), k t n i l ới 500 kV Đắk Nông và các tr m 220kV Buôn Ku p đ cung cấp đi n cho Mi n Nam S n l ng đi n trung bình năm 358,6 tri u kW

Hồ Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah là hồ đi u ti t năm nên Không chỉ đóng góp

s n l ng đi n cho vi c đ m b o cung ứng đi n, th y đi n Buôn Tua Srah còn góp phần quan trọng trong vi c t o nguồn lực phát tri n kinh t - xã h i t i địa ph ơng đi u ti t n ớc

ch ng h n cho s n xuất lúa, hoa màu, cây công nghi p cà phê, ca cao đi u ti t lũ đ h n

ch ngập l t cho khu vực h l u

Với vài trò Nhà máy Th y đi n cấp 2 thì Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah ph i có

th i gian kh i đ ng và dừng máy nhanh, t c đ tăng/gi m t i nhanh đ đáp ứng nhu cầu c a

h th ng và h th ng đi u t c Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah giữa vai trò ch đ o đ đáp ứng những yêu cầu Với các chức năng chính c a h th ng đi u t c:

 Kh i đ ng và dừng máy;

 Giữ t c đ ổn định c a tổ máy khi hòa l ới hoặc khi mất t i đ t ng t;

 Chuy n đổi các tín hi u đi u khi n đi n sang các tín hi u th y lực đ có th đi u khi n xy lanh th y lực đ đóng m cánh h ớng cho tổ máy;

 Đi u khi n và đi u chỉnh t c đ c a tổ máy theo các ch đ vận hành;

 Dừng máy bình th ng và dừng khẩn cấp khi có sự c

Đi u t c nhận các tín hi u v c t n ớc, đ m cánh h ớng, công suất, t c đ và

tần s l ới đ đi u chỉnh tổ máy Có 3 ch đ ho t đ ng chính: openning control, power control và frequencey control B đi u khi n trung tâm PID nhận các tín hi u sai s v đ

m cánh h ớng, công suất, t c đ và tần s l ới từ đó xuất tín hi u đi đi u khi n đ đ t giá

trị mong muôn

Qúa trình đi u chỉnh t c đ c a đi u t c Buôn Tua Srah trong quá trình kh i

đ ng đ n đ t t c đ định mức còn chậm, đi u này kéo theo kh năng đáp ứng ph t i c a nhà máy bị chậm đi, nh h ng đ n chất l ng c a h th ng và phát sinh s n l ng Qdu

âm

Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah tham gia thị tr ng phát đi n c nh tranh nên

ph i đáp ứng đ c các y u t v th i gian cung cấp đi n theo yêu cầu c a tổ thị tr ng đi n A0 đ từ đó đ m b o đ c nhu cầu c a h th ng và tính kinh t cho nhà máy Từ các y u t trên ta thấy cần thi t ph i nghiên cứu đ a ra c i ti n chất l ng đi u khi n c a H th ng

đi u t c trong quá trình kh i đ ng tổ máy đ h th ng làm vi c đ c t t, nhanh va tin cậy hơn

2 M c tiêu nghiên c u

 Nâng cao kh năng đáp ứng t c đ c a h th ng đi u t c turbine phát đi n

 Tìm ra ph ơng pháp đi u khi n t i u nhất, tính toán các khâu đi u khi n đ xây

dựng mô hình đi u khi n

 Xây dựng đ c mô hình đi u khi n t i u và mô hình toán học c a h th ng đi u

t c nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah đ áp d ng vào thực ti n trong vi c đi u chỉnh t c đ

c a Turbine - máy phát nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah

3 Đ iăt ng và ph m vi nghiên c u

- Đ i t ng nghiên cứu là h th ng đi u t c (GOV) Turbine – máy phát trong nhà máy

th y đi n Buôn Tua Srah

- Ph m vi nghiên cứu:

 Ph m vi nghiên cứu là đi u khi n h th ng đi u t Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah sử d ng b đi u khi n PID - FUZZY, chỉ thực hi n mô ph ng k t qu trên phần m m Matlab Simulink, không thực hi n trên thi t bị thực t

 Nguyên cứu chuyên sâu lý thuy t đi u khi n PID – FUZZY

 Nghiên cứu và xây dựng mô hình đi u khi n t i u cho b đi u t c Turbine c a nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah

 Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là nhà máy có mô hình đ ng ng áp lực đơn, cho nên ta xem:

Đ thực hi n nghiên cứu đ tài khoa học này, thì cần ph i k t h p 2 ph ơng pháp sau:

- Nghiên cứu lý thuy t đi u khi n PID – FUZZY

- Nghiên cứu xây dựng mô hình toán học đi u t c Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah

- Dựa trên các mô hình toán học, nghiên cứu và áp d ng lý thuy t c a h th ng đi u khi n PID – FUZZY

- Sử d ng công c Matlab đ mô ph ng, đánh giá và rút ra k t luận

5 B c c lu n vĕn

Luận văn đ c chia làm 05 ch ơng với các n i dung chính c a m i ch ơng nh sau:

Ch ngă1:ăT ng quan v nhà máy th yăđi n Buôn Tua Srah và h th ngăđi u

t c nhà máy th yăđi n Buôn Tua Srah;

- 1.1 Tổng quan v nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah;

- 1.2 Tổng quan v h th ng đi u t c nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah

- 1.3 Các công trình nghuyên cứu công b

- 1.4 K t Luận ch ơng 1

Ch ngă2:ă Xơyădựngăđ c mô hình toán h c c a h th ngăđi u t c nhà máy

Th yăđi n Buôn Tua Srah

- 2.1 Mô hình hóa cơ khí đi u khi n

- 2.3 Mô hình hóa Turbine th y lực

- 2.4 Mô hình hóa h th ng turbine – máy phát

- 2.5 Tổng h p

- 2.6 K t Luận ch ơng 2

Ch ngă3:ăT ng quan v Lý thuy tăđi u khi n M

- 3.1 Giới thi u chung

- 3.2 Xây dựng mô hình m cho đ i t ng

- 3.3 Tổng h p b đi u khi n m

- 3.4 K t luận ch ơng 3

Ch ngă4:ăThi t k b đi u khi n PID - FUZZY

- 4.1 Nguyên tắc chuy n đổi PID thành PID - FUZZY và các tập m t ơng ứng

- 4.2 Xây dựng luật đi u khi n

Ch ngă1 - T NG QUANG NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH VÀ H

1.1 T ng Quang nhà máy th yăđi n Buôn Tua Srah

Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là m t công trình nằm trong quy ho ch các nhà máy th y đi n bậc thang trên sông Srêpôk Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah đ c kh i công xây dựng vào ngày 25 tháng 11 năm 2004, nằm trên dòng sông Krông Nô (M t nhánh c a sông Srêpôk) thu c địa phận xã Nam Ka huy n Lắk c a tỉnh Đắk Lắk và xã

Qu ng Phú, huy n Krông Nô c a tỉnh Đắk Nông, cách trung tâm thành ph Buôn Ma Thu t 90km theo đ ng qu c l 27

Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah gồm 2 tổ máy với tổng công suất lắp máy 86MW, công suất đ m b o 21MW Nhi m v chính c a công trình là cung cấp đi n

Tua Srah - Đắk Nông và Buôn Tua Srah - Buôn Kuôp Ngoài ra công trình còn làm tăng

đi n Buôn Ku p và 20,9MW công suất đ m b o, 34,8 tri u kWh cho th y đi n Srêpok

3 Tổ máy đầu tiên c a nhà máy đ c hòa l ới đi n qu c gia vào ngày 07/09/2009, tổ máy s 2 hòa l ới ngày 21/12/2009

Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là nhà máy đầu nguồn trong h th ng các nhà máy th y đi n bậc thang trên sông Srêpôk Hồ chứa n ớc nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah có dung tích hữu ích 522,6 tri u m3

, là hồ đi u ti t năm nên có kh năng đi u ti t cắt

lũ gi m nhẹ thi t h i do lũ gây ra cho vùng h du, giữ và cung cấp n ớc t ới tiêu cho hàng ngàn hecta đất nông nghi p vùng h du vào mùa khô h n Không những th hồ

chứa nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah còn t o ra m t môi tr ng không khí mát mẻ cho nhân dân s ng quanh khu vực, t o môi tr ng t t đ phát tri n ngành nuôi trồng

th y s n góp phần gi i quy t công ăn vi c làm cho địa ph ơng

Công trình nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là m t công trình quan trọng trong

h th ng các nhà máy th y đi n bậc thang trên sông Srêpôk, nó vừa có chức năng đi u

ti t cắt lũ cho h du, cấp n ớc ph c v nông nghi p cho mùa khô, góp phần gi m gánh

nặng thi u đi n cho h th ng đi n qu c gia, tăng công suất, đi n năng cho các nhà máy phía sau góp phần phát tri n kinh t đất n ớc

1.1.1 Các công trình thủy công và tuyến năng lượng

1.1.1.1 Lưu vực h chứa đập ch nh

a. L u vực

L u vực là phần di n tích b mặt đất trong tự nhiên mà mọi l ng n ớc m a khi rơi

xu ng sẽ tập trung l i và thoát qua m t cửa ra duy nhất

Các thông s v l u vực:

- L u l ng trung bình nhi u năm 102m3/s

b. Hồ chứa

Hồ chứa là nơi tích n ớc t o năng l ng đ s n xuất đi n năng Ngoài ra còn chức năng cắt gi m đỉnh lũ vào mùa m a và đi u ti t n ớc ph c v s n xuất nông nghi p vào

mùa khô Hồ Buôn Tua Srah có dung tích hữu ích lớn nên thu c lo i đi u ti t năm

Đập chính có nhi m v ngăn dòng ch y tích n ớc cho hồ chứa Buôn Tua Srah

Đập chính cũng là nơi chịu áp lực lớn và đ c làm bằng đá đổ với l i giữa bằng đất

đ ng hầm

Hình 1.1 Cửa nhận n ớc

e. Đập tràn

Đập tràn nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah làm bằng bê tông c t thép, có 3 khoang xư tràn và đ c vận hành bằng cửa van cung Các thi t bị chính t i đập tràn đ c lắp đặt đ vận hành các h ng m c t i đập tràn, đ x lũ và đi u ti t n ớc cho h l u gồm các thi t bị: Cửa van cung, cửa sửa chữa, nhà vận hành đập tràn, cẩu tr c chân dê

Hình 1.2 Đập Tràn Chú thích

1 Cửa van sửa chữa

2 Khe phay cho cửa van sửa chữa

3 Cửa van cung

4 Rưnh tr t cho cửa van cung

5 Xylanh th y lực nâng h cửa van cung

6 Cẩu tr c chân dê

7 Dầm nâng cửa sửa chữa

- Cao trình h tiêu năng 420m

- L u l ng xư thi t k ứng với P 0.1 4216.6m3/s

đo n và đ d c cũng khác nhau, đ ng hầm đ c bọc bằng bê tông c t thép, riêng hai đo n đầu phía cửa nhận n ớc và phía giáp nhà máy đ c lót bằng ng thép và m t s đo n đ c gia c bằng bê tông c t thép L u l ng thi t k t i đa cho 2 đ ng hầm là 204.9m3/s

1.1.1.2 Các thiết bị cơ điện tại nhà máy và trạm phân phối 220kV

Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah gồm có 2 tổ máy, công suất lắp máy 86MW Nhà máy đ c xây dựng cơ b n bằng bê tông c t thép, gồm có 5 cao trình chính: 426m, 429m, 433m, 439.6m và 444.05m Nhà máy thuỷ đi n đ c t o nên b i các thành phần nh sau: Tuabin, máy phát đi n, máy bi n áp chính T1, T2, h th ng kích từ, h th ng đi u t c, các thi t bị khác và tr m đi n phân ph i

a Máy phát

Máy phát đi n nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là lo i máy phát đi n đồng b 3 pha rotor cực lồi, ki u tr c đứng

- Công Suất Qdmphát ra Uđm, 0,85

- Công Suất Qdm nhận vào Uđm, 0,85

- Tổng tổn thất Maý phát

- Cấp tăng nhi t đ

- Cấp cách đi n

- Nhi t đ tăng vận hành bình thu ng

- Nhi t đ tăng vận hành không th ng xuyên

- Tỉ s ngắn m ch

: DEC, China : Nữa dù SF43-40/7250 : 50,6 MVA (43MW) : 0,85

: 13,8 kV : 2116,5A : 50Hz : 150 vòng/ phút : 290 vòng/ phút : 6000 Tm2: 26,66 MVAr : 26,66 MVAr : 965,1 kW : B

: F : 80 K : 85 K : > 1

b Máy bi n áp chính T1, T2

Máy bi n áp (MBA) chính T1, T2 nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah đ c dùng đ

bi n đổi đi n áp từ 13,8 kV lên thành 220 kV Phía h áp 13,8 kV đ c n i với đầu cực máy phát qua máy cắt đầu cực, phía cáo áp đ c n i với tr m phân ph i ngoài tr i 220kV – 110

: 230 kV : 13.8 kV : 110 kV

: 128 A : 2133.7 A : 31.5 kA : 3 s : 12.5%

: 45 kW : 180 kW

: PC2600-25/520 : 10 b

c Tuabin

Turbine th y đi n Buôn Tua Srah là lo i Turbine Francis, cấu t o c a Turbine bao gồm: tr c Turbine, ổ h ớng Turbine, bánh xe công tác (BXCT), buồng xoắn, côn hút, cánh h ớng, servomotor, các thi t bị đo l ng, b o v và hi n thị

- Giữ t c đ ổn định c a tổ máy và đi u chỉnh t c đ c a tổ máy trong quá trình

kh i đ ng và dừng máy và trong quá trình mang t i

- Chuy n đổi các tín hi u đi u khi n đi n sang các tín hi u th y lực đ có th đi u khi n xy lanh th y lực đ đóng m cánh h ớng cho tổ máy

- Đi u khi n và đi u chỉnh t c đ c a tổ máy theo các ch đ vận hành

- Tự đ ng kh i đ ng tổ máy, vận hành trong đi u ki n không t i, có t i theo trình tự

- Dưy cài đặt công suất : 0-100%

- Dưy cài đặt giới h n đ m đi n : 0-100%

- Dãy ch t nhân t o cài đặt c a tần s : ± 5HZ

Hình 1.4 Cấu hình phần cứng đi u t c

H th ng đi u t c đ c tách thành 2 phần riêng bi t M t là phần giao di n giữa ng i

đi u khi n và ch ơng trình đi u khi n (MMI), phần còn l i là b đi u khi n và chuy n đổi PAC A và PAC B , trong đó:

- MMI là thi t bị có chức năng hi n thị và đi u chỉnh các thông s P&I&D

hi n thị các tr ng thái vận hành và danh sách l i khi có sự c x y ra Ngoài ra thi t bị này còn đ c sử d ng trong quá trình thử nghi m h th ng đi u t c c a tổ máy

- H th ng đi u t c đ c trang bị 2 b đi u khi n (PAC A & PAC B) ho t

đ ng dự phòng cho nhau M i b đ c trang bị các module CPU, DI/DO, AI/AO gi ng nhau Các b đi u khi n này có chức năng thu thập các dữ li u c a h th ng, chuy n đổi các tín hi u đi đi u khi n cánh h ớng thực hi n các chức năng b o v và giao ti p thông tin với h th ng SCADA c a nhà máy Khi m t trong hai b bị sự c thì nó sẽ tự chuy n đổi qua b còn l i đ ti p t c đi đi u khi n mà không gây ra xáo tr n gì trong h th ng N u c hai b bị sự c thì h th ng sẽ đ c chuy n từ ch đ vận hành tự đ ng sang ch đ vận hành bằng tay

- M i b PAC có m t module đo l ng tần s , m i module này bao gồm 2

kênh đo l ng tần s cho máy và chúng có chức năng dự phòng cho nhau Khi c 2 kênh này bị h h ng thì h th ng sẽ chuy n sang ch đ vận hành bằng tay mà không nh h ng

tới vị trí đ m cánh h ớng hi n t i

- Nguồn cung cấp cho h th ng đ c lấy từ 2 nguồn AC và DC đ đ m b o

nguồn DC24V đ c cung cấp bình th ng và liên t c

- Phát hi n các sự c v tần s c a tổ máy, tần s c a l ới đi n, ngõ vào/ra các tín hi u s , ngõ vào/ra các tín hi u t ơng tự, tín hi u thông tin đ ti n hành các cấp b o v

1.1.4 Quá trình kiểm tra và chuyển đổi các trạng thái làm việc hệ thống điều tốc

1.1.4.1 Quá trình kiểm tra trạng thái làm việc :

Trong quá trình vận hành bình th ng h th ng Governor sẽ ki m tra các tr ng thái

ho t đ ng c a các thi t bị: đ dịch chuy n cánh h ớng, máy cắt đầu cực, ch đ vận hành tự

đ ng, bằng tay… Các tín hi u này đ c đ a đ n h th ng từ t đấu n i các tín hi u bên ngoài

Sau khi có l nh kh i đ ng, b đi u khi n đ c đ a vào vận hành, các tín hi u v vị trí cánh h ớng, tr ng thái c a máy cắt đầu cực sẽ đ c đ a v b đi u khi n N u đ m cánh h ớng lớn hơn 6 và máy cắt đầu cực đang vị trí “OFF” thì h th ng vận hành ch

đ không t i, n u máy cắt đầu cực vị trí “ON” thì h th ng sẽ vận hành ch đ mang t i

N u tín hi u ph n hồi đ m cánh h ớng nh hơn 6 thì h th ng đang dừng và đ i l nh

kh i đ ng lần ti p theo Khi h th ng làm vi c ch đ bằng tay thì b đi u khi n sẽ đi u khi n theo đ m cánh h ớng đ đ m b o sự chuy n đổi giữa ch đ tự đ ng và bằng tay không gây ra sự xáo tr n trong h th ng

1.1.4.2 Quá trình chuyển đổ trạng thái làm việc :

Tr ng thía làm vi c c a đi u t c đ c chuy n đ theo sơ đồ sau:

Hình 1.5 Sơ đồ chuy n đổi tr ng thái làm vi c

Hình 1.6 Sơ đồ cấu trúc h th ng đi u t c Các phần tử trong sơ đồ:

- P/G : Công suất/ Đ m tham chi u

- bp(Speed droop): t c đ thay đổi

1.1.5.2 Chức năng của các khối trong sơ đ :

 Power/ Opening Reference(P/G):

Cài đặt thông s cho b đi u khi n khi vận hành ch đ phát công suất, ch đ đ

m cánh h ớng Các thông s cài đặt sẽ đ c thực hi n t i phòng đi u khi n trung tâm

hoặct i MMI

 Frequency Reference(FR):

Cài đặt tần s tham chi u cho tổ máy, có th thực hi n từ MMI hoặc t i phòng đi u khi n trung tâm.Thông s này đ c dùng so sánh với tần s thực c a tổ máy từ m ch đo tần

s đ thực hi n đi u chỉnh t c đ (tần s ) c a tổ máy theo giá trị đặt

 Speed Dead Band(SD):

D i t c đ cho phép đ c đi u chỉnh c a h th ng đi u t c Khi t c đ v t ra ngoài

giới h n này thì b đi u t c sẽ không còn tác d ng đi u chỉnh Khi vận hành, t c đ tổ máy

đ c liên t c lấy mẫu đ so sánh với d i tần s ch t này

 Forward Reference control(FRC):

Lấy giá trị đặt công suất/đ m cánh h ớng so sánh với tín hi u đầu ra c a b PID đ

t o đặc tính đi u khi n đ a vào b khu ch đ i đ n đi u khi n van tỷ l

 Network Status Slection(NS)

Chức năng chính c a nó là thu thập các tín hi u tần s c a h th ng, chuy n đổi tín

hi u thành d ng xung vuông chuẩn với chu kỳ ph thu c vào tần s l ới đ cung cấp cho b

Nhận tín hi u đi u khi n từ b đi u chỉnh đi n và chuy n đổi sang tín hi u l u l ng

đ n đi u khi n Piston c a van chính

 Van phân ph i chính (MV1):

Van phân ph i chính có chức năng cung cấp dầu đi u khi n đóng, m cho servomotor và đ c đi u khi n b i van tỷ l

 C m bi n đo đ dịch chuy n c a van chính (BQ1):

C m bi n này đ c đặt van chính có nhi m v đo đ m c a van chính và g i tín

hi u so sánh đ n van tỷ l đ đi đi u khi n van chính

- Ch đ đi u chỉnh t c đ (không t i) d i ch t tần s là Er = 0 sử d ng nguyên tắc

đi u khi n PID

- Ch đ đi u chỉnh đ m cánh h ớng d i ch t tần s là Er = (0 ÷ 0.5)Hz sử d ng nguyên tắt đi u khi n PI

- Ch đ đi u chỉnh công suất d i tần s ch t là Er = (0 ÷ 0.5)Hz sử d ng nguyên

tắt đi u khi n PI

- Trong đi u ki n không t i, chỉ vận hành ch đ đi u chỉnh t c đ

- Khi làm vi c đồng b với l ới thì có 3 ch đ đi u chỉnh có th lựa chọn theo yêu

cầu và có th tự đ ng thay đổi ch đ M i ch đ có thông s PID khác nhau 1.1.6.1 Điều khiển độ mở:

T i CCR chọn ch đ Opening Control Lúc này ấn vào nút „INC‟ hoặc„DEC‟ m t cách liên t c đ đặt m t giá trị đ m theo mong mu n nằm trong dãy giới h n cho phép

0 đ n giá trị giới h n trên đư đ c đặt trong phần m m b đi u chỉnh) thì t i CCR sẽ gửi

m t tín hi u giá trị đặt đ m t ơng xứng tới b đi u khi n và sẽ chuy n đổi ra m t giá trị

đ m t ơng xứng với m t giá trị tín hi u t ơng tự với áp -10 ÷+10VDC sẽ đ c đ n van tỉ

l PV1 đ đi u khi n van chính MV1 đi đi u khi n đóng hoặc m cánh h ớng

Khi van đi u khi n chính ho t đ ng thì b c m bi n đ m c a van này sẽ ph n hồi tín hi u v cho b đi u t c đ giám sát và so sánh đ m , đồng th i lúc này các b c m bi n

đ m cánh h ớng cũng sẽ ph n hồi đ m cánh h ớng liên t c v cho các b đi u t c đ so sánh với giá trị đặt ban đầu

N u giá trị ph n hồi v bằng với giá trị đặt tr ớc đó thì sẽ không có tín hi u ngõ ra cho b đi u khi n và lúc này van phân ph i sẽ tr v vị trí cân bằng

1.1.6.2 Điều khiển theo công suất

T i CCR chọn ch đ Power Control, chọn tăng công suất tự đ ng ALR operation

„USE‟ và lúc này chúng tăng sẽ đặt m t giá trị công suất nằm trong dãy giới h n cho phép thì t i CCR sẽ gửi m t tín hi u giá trị đặt công suất xứng t ơng xu ng b đi u khi n và sẽ

đ c chuy n đổi ra với m t giá trị đ m t ơng ứng với m t giá trị tín hi u t ơng tự với áp

từ -10 ÷ +10 VDC sẽ đ c đ a đ n van tỉ l 1DT-01 đ đi đi u khi n van chính MV1 đi

đi u khi n đóng hoặc m cánh h ớng

Khi van đi u khi n chính ho t đ ng thì b c m bi n đ m c a van này sẽ ph n hồi tín hi u v cho b đi u t c đ giám sát và so sánh đ m , đồng th i lúc này các b c m bi n

đ m cánh h ớng cũng sẽ ph n hồi đ m cánh h ớng liên t c v cho các b đi u t c đ so sánh với giá trị đặt ban đầu

N u giá trị công suất ph n hồi v ch a bằng với giá trị đặt ban đầu thì tín hi u đi đi u khi n vẫn ti p t c xuất l nh đi đi u khi n vẫn ti p t c xuất l nh đi m cánh h ớng đ ti p

t c tăng t i hoặc gi m t i, n u công suất c a tổ máy ph n hồi v bằng với giá trị đặt tr ớc

đó thì sẽ không có tín hi u ngõ ra cho b đi u khi n và lúc này van phân ph i sẽ tr v vị trí cân bằng

1.1.6.3 Điều khiển theo chế độ điều tần

Khi b đi u t c đang ho t đ ng ch đ Opening Control hoặc Power Control n u

tần s v t ra ngoài dãy cho phép ±0,5Hz (tức 50,5 < f < 49,5) thì b đi u t c sẽ tham gia

đi u chỉnh t c đ bằng cách xuất tín hi u đi n áp t ơng ứng -10 ÷ +10 VD đ n van tỉ l 1DT-01 đ đi u khi n van chính 1MV đi đi u khi n đóng m cánh h ớng cho đ n khi t c

đ nằm trong giới h n cho phép khi van phân ph i tr v tr ng thái cân bằng thì b đi u t c

sẽ không xuất tín hi u đi đi u khi n

ch đ đi u Speed Control n u tần s nằm trong giới h n 50,5 < f < 51Hz thì b

đi u t c sẽ tham gia đi u chỉnh tần s bằng cách xuất tín hi u đi đóng cánh h ớng và n u

tần s vẫn duy trì giới h n đó thì đ m sẽ chặn l i b i 12 đ m cánh h ớng

N u tần s nằm trong giới h n 49 < f < 49,5Hz thì b đi u t c sẽ tham gia đi u chỉnh

tần s bằng cách suất tín hi u đi m cánh h ớng và n u tần s vẫn duy trì giới h n đó thì

đ m sẽ chặn l i b i giá trị c a hai đ m „Upper limit‟ và „Upper limit Power Setpoint‟

1.1.7 Đặc tính khởi động:

Đ ng kh i đ ng có ba cấp t c đ đi u chỉnh đ c lập, chi ti t nh hình 1.7:

- T c đ thực c a tổ máy sau khi có l nh kh i đ ng sẽ tăng lên, cho đ n khi

có tín hi u t c đ vào b PID đi m RATE#1) thì b PID sẽ bắt đầu đi u khi n t c đ c a tuabin với đ gia tăng t c đ là 4% t c đ định mức m i giây

- B PID sẽ ti p t c đi u khi n t c đ tăng đ n đi m đặt t c đ RATE#2 (

85% t c đ định mức) t i đi m này h th ng sẽ làm vi c với đ gia tăng t c đ là 2% t c đ định mức mổi giây T ơng tự nh th t i đi m đặt t c đ RATE#3 ( 95% t c đ định mức)

t i đi m này h th ng sẽ làm vi c với đ gia tăng t c đ là 1% t c đ định mức mổi giây

Đ gia tăng t c đ sẽ đ c dừng tăng khi đ t đ n đi m đặt “SNL” 100.5% t c đ định

mức)và trình tự kh i đ ng tự đ ng tổ máy hoàn thành

Hình 1.7: đ ng kh i đ ng Governor Khi nhận l nh kh i đ ng, governor sẽ m cánh h ớng đ n góc m thứ nhất YK1(bằng 1.6 lần góc m không t i YNL , đồng th i ki m tra tần s tổ máy trong th igian

ch , n u tần s lớn hơn 45Hz, governor sẽ đóng cánh h ớng l i đ n góc m thứ hai

YK2(bằng 1.2 lần góc m không t i YNL) trong th i gian này Governor làm vi c ch đ không t i và kh i đ ng b PID

Đ m cánh h ớng YK1, YK2 có quan h với c t n ớc c t n ớc thấp t ơng ứng với YK1, YK2 lớn và ng c l i Governor có đặc tính liên h giữa đ m không t i YNLvà c t

n ớc, nó có th tính toán đ m cánh h ớng YK1, YK2 theo c t n ớc

Hình 1.8: Đ ng đặc tính dừng c a Governor

1.2.8 Thông số lấy từ điều tốc:

Thông s đi u t c đ c truy suất từ b đi u t c thức thực t t i nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah

Hình 1.9: Giao di n chính c a b đi u t c

- Thông s c t n ớc

Hình 1.10: Chuy n đổi c t n ớc bằng tay

- Thông s PID không t i

Hình 1.11: Thông s PID không t i

- Thông s PID khi mang t i

Hình 1.12: Thông s PID mang t i

- c m bi n vị trí :

Hình 1.19: Hằng s th i gian

1.3 Các công trình nghiên c u công b

1.3.1 Bài báo trong nước

Bài báo s 6 (35) 2009 c a t p chí khoa học và công ngh , đ i học Đà Nẵng” ĐI U KHI N LQ CHO T C Đ TUABIN NHÀ MÁY TH Y ĐI N” c a tác gi Đoàn

Quang Vinh, Lê Đức Dũng đư giới thi u mô hình nhà máy th y đi n (NMTĐ là m t

mô hình phi tuy n, trong đó hi u ứng đàn hồi c a c t n ớc trong ng áp lực đ c bi u

di n bằng hàm toán học vô tỷ Bài vi t này sẽ giới thi u mô hình phi tuy n c a m t

NMTĐ, xấp xỉ hàm vô tỷ trong h bằng ph ơng pháp tham s tập trung, và xây dựng

mô hình không gian tr ng thái phi tuy n bậc 8 cho h B đi u chỉnh t c đ tuabin dựa trên lý thuy t đi u khi n tuy n tính LQ cũng đ c xây dựng cho mô hình h lân cận

đi m làm vi c xác lập

Hình 1.20: K t qu mô ph ng

K t qu nghiên cứu, phân tích và đánh giá k t qu mô ph ng cho thấy:

-Đáp ứng đi u chỉnh c a các b đi u khi n LQ đư xét rất t t và t t hơn nhi u v quá

đi u chỉnh và th i gian xác lập so với m t s ph ơng pháp khác PID, Lyapunov K t qu

mô ph ng cũng cho thấy dù các b đi u chỉnh LQG có xét đ n nhi u Gaussian) không đ t

đ c chất l ng đáp ứng nh b đi u chỉnh LQR (không xét nhi u , nh ng đáp ứng ra có dao đ ng rất nh , kho ng ±0,0005pu (±0,05%), hay nói cách khác, các b đi u chỉnh LQG

đư lo i đ n 90 tác đ ng c a nhi u quá trình và nhi u đo vào h khi h xác lập

-Sử d ng kỹ thuật LTR cho b đi u chỉnh LQG mang l i d ng đặc tính đi u chỉnh

gần gi ng đặc tính đi u chỉnh LQR Tuy nhiên, do đặc đi m c a h pha không cực ti u,nên khó tìm đ c b đi u chỉnh LQG/LTR có th khử hoàn toàn tác đ ng c a nhi u đ đ t đ c đáp ứng ”bằng phẳng” nh LQR

1.3.2 Bài báo nước ngoài

Thi t k b đi u khi n b n vững H∞ cho b đi u t c tuabin th y lực, tác gi bài báo

đ a mô hình đi u khi n nh hình 1.21 và k t qu thu đ c :

Hinh 1.21: Mô hình đi u khi n

Hinh1.22: K t qu mô ph ng với th i gian kh i đ ng cơ khí TM

Hinh 1.23: K t qu mô ph ng do tín hi u t c đ phân ph i

B đi u t c b n vững đư đ c thi t k và các mô ph ng cho thấy rằng vòng khép kín

c a h th ng đi u t c tuabin th y đi n th hi n m t k t qu rất t t đ i với b đi u t c thông

th ng, đáp ứng c yêu cầu v mi n th i gian và tần s h th ng đi u t c với b đi u khi n

b n vững H∞ đ c thi t k dựa trên cách ti p cận không gian tr ng thái, đ m b o c sự ổn

định b n vững và hi u năng b n vững c a h th ng vòng kín ch ng l i các bi n th tham s

và đ ng lực cho h th ng tuabin th y đi n đi u này đ m b o rằng h th ng sẽ không đi

ch ch đáng k kh i quỹ đ o dự ki n khi có nhi xâm nhập vào h th ng

1.3.3 Kết Luận:

Từ 2 bài báo trên ta thấy b đi u khi n c a turbine th y lực đ c thi t k theo

ph ơng pháp đi u khi n hi n đ i nh b đi u khi n LQ, b đi u khi n b n vững H∞ sẽ gi i quy t đ c những tác đ ng c a nhi u lo n hoặc với mô hình đ i t ng có tham s không

chắc chắn

Đ thêm đánh giá tổng quan hơn v các b đi u khi n ứng d ng cho h th ng turbine

th y lực, đ tài sẽ đi nghiên cứu ứng d ng c a b đi u khi n PID-FUZZY là m t trong

những b đi u khi n hi n đ i cho quá trình kh i đ ng c a h th ng đi u t c turbine th y điên, từ đó đ a ra những đánh giá và so sánh với b đi u khi n kinh đi n PID

1.4 K tălu năch ng 1:

Ch ơng 1 đư giới thi u tổng quan khái quát v h th ng đi u t c turbine nhà máy th y

đi n Buôn Tua Srah, cùng với các chức năng nhi m v , các đặc tính c a h th ng đi u t c nhà máy đ từ đó nói lên vì sao cần ph i đi u chỉnh t c đ c a h th ng turbine th y đi n trong nhà máy đi n

Qua đó cũng chỉ ra các h ớng nghiên cứu mới áp d ng các thuật toán đi u khi n hi n

đ i đ phát tri n áp d ng vào các b đi u t c turbine th y lực hi n nay nhằm khắc ph c

những nh c đi m c a b đi u khi n PID

Ch ngă2

MÔ HÌNH TOÁN H C C A H TH NGăĐI U T C TURBINE TH YăĐI N

Mô hình nhà máy th y đi n gồm hồ chứa, đ ng ng áp lực, c m servo van chính, h

th ng đi u t c và máy phát đi n nh Hình 2 1 d ới:

Hình 2 1: Sơ đ đơn giản nhà máy thủy điện Buôn Tua Srah với đường ống áp lực đơn

2.1 Mô hình hóa h th ng c ăkhíăđi u khi n [12][13]:

H th ng th y l c nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah: Bao gồm các thành phần chính

nh h th ng dầu, van tỷ l , van chính, servo cánh h ớng và các c m bi n vị trí cánh h ớng

và t c đ

Nguyên lý làm vi c c a h th ng th y lực nhà máy: khi có tín hi u kh i đ ng nhận từ

b đi u khi n tổ máy v đi u t c, đi u t c nhận l nh đi đi u khi n van tỷ l đ đi m van chính đ cung cấp dầu đi m cánh h ớng thông qua servo cánh h ớng, c m bi n cánh

h ng sẽ xác định đ m cánh h ớng ph n hồi v đi u t c, c m bi n vận t c sẽ ph n hồi v

t c đ cho b đi u t c Đi u t c sẽ ki m tra t c đ đư đ t định mức ch a, ch a thì đi đi u khi n cánh h ng đ n khi nào t c đ đ t thì thôi

Hình 2 2: Sơ đ hệ thống cơ kh điều khiển nhà máy thủy điện Buôn Tua Srah

Đ xây dựng mô hình h th ng cơ khí đi u khi n ta dựa vào h th ng cơ khí đi u khi n th y lực cơ b n nh Hình 2.3