Bộ điều khiển PSS2A trong nhà máy thủy điện

Tuy nhiên việc yêu cầu sử dụng các bộ điều khiển ổn định hệ thống điện với các thiết bị kích từ mới và hiện có đã tạo nên nhiều sự nhằm lẫn về khả năng ứng dụng cũng như mục đích và lợi

BO GIAO DUC VA DAO TAO DAI HOC DA NANG

NGUYEN HONG PHUC

UNG DUNG THUAT TOAN PID THICH

NGHI CHO BO DIEU KHIEN PSS2A

TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

Chuyên ngành: Tự động hóa

Mã số: 60.52.60

TOM TAT LUAN VAN THAC SI KY THUAT

Đà Nẵng - Năm 2012

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hoàng Mai

Phản biện 1: TS Nguyễn Bê Phản biện 2: TS Phan Văn Hiền

Luận văn đã được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ ngành Tự động hóa họp tại Đại học Đà Nẵng

vào ngày 26 tháng 08 năm 2012

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin — Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MO DAU

1 L¥ do chon dé tai

Trong một vài năm qua, thuật ngữ “Power system stability” đã

được nhắc đến rất nhiều và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống

phát dẫn điện Tuy nhiên việc yêu cầu sử dụng các bộ điều khiển ổn

định hệ thống điện với các thiết bị kích từ mới và hiện có đã tạo nên

nhiều sự nhằm lẫn về khả năng ứng dụng cũng như mục đích và lợi

ích của chúng trong hệ thống [12]

Đề tài: “Ứng dụng thuật toán PID thích nghĩ cho bộ điều khiến

PSS2A trong nhà máy thủy điện” sẽ cung cấp một phương pháp

nghiên cứu mới trong phân tích ôn định các dao động nhỏ của hệ

thống điện PSS2A là các thiết bị điều khiển phụ, được sử dụng kết

hợp với hệ thông kích từ máy phát, cung cấp một tín hiệu điều khiển

để tăng cường sự làm giảm các dao động trong hệ thống và mở rộng

giới hạn truyền tải điện

Để phục vụ cho công tác nghiên cứu, một phương pháp được

nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước sử dụng rất nhiều đó là

phương pháp điều khiển thích nghi Trong luận văn tác giả sử dụng

phương pháp điều khiển thích nghi và phần mềm Matlab Simulink, xây

dựng mô hình hoá và mô phỏng hệ thống điều khiến

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là ứng dụng thuật toán PID thích

nghi cho bộ điều khiển PSS2A Đánh giá ảnh hưởng của hệ thống

kích từ khi có và không có sử dụng bộ điều khiển PID thích nghi cho

PSS2A đến khả năng ổn định hệ thống

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống kích từ cho máy phát điện của

một nhà máy thủy điện

4

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu phương pháp điều

khiến thích nghi cho bộ điều khiển PSS2A trong nhà máy thủy điện

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các vẫn đề về ứng dụng điều khiển thích nghi, mô hình của bộ điều khiển PSS2A

và các đôi tượng có tham gia vào quá trình điều khiến

- Phương pháp mô phỏng: Xây dựng mô hình mô phỏng để kiểm chứng trên phần mêm Matlab-Simulink Trên cơ sở các kết quả

thu được trên các mô hình để rút ra các đánh giá, kết luận

5, Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học:

Đề tài là một hướng nghiên cứu mới trong điều khiển ổn định các dao động nhỏ trong hệ thống điện Góp phan nâng cao tính ổn

định của hệ thống điện và nâng cao chất lượng điện năng

- Ý nghĩa thực tiễn:

Nghiên cứu thành công để tài này sẽ có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu nâng cao chất lượng điện năng và sự ổn định của hệ thống điện Do cấu trúc không quá phức tạp, giá thành hợp lý

nên sẽ có giá trị thực tiễn

7 Cầu trúc luận văn

Mở đầu Chương I1: Tổng quan về máy phát điện đồng bộ và hệ thống kích từ

Chương 2: Điều khiển ôn định hệ thống điện Chương 3: Bộ điều khiển PID và điều khiến thức nghi Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển PID thích nghi cho bộ điều khiển

PSS2A trong nhà máy thủy điện

Chương 1

TONG QUAN VE MAY PHAT DIEN DONG BO VA HE

THONG KICH TU 1.1 KHAI QUAT VE MAY PHAT DIEN DONG BO 3 PHA

Máy phát đồng bộ biến đổi cơng suất cơ thành cơng suất điện

với một điện áp và tần số xác định, trong đĩ động cơ sơ cấp cung cấp

cơng suất cơ cho máy phát cĩ thể là động cơ diesel, tuabin hơi, tuabin

thủy lực hay tuabin khí Cho dù loại động cơ sơ cấp nào được sử

dụng để dẫn động máy phát, thì đặc tính cơ bản của chúng là tốc độ

phải gần như khơng đổi với bắt kỳ nhu cầu điện năng của tải.|6]

1.1.1 Kết cấu và nguyên lý cơ bản

Ở đây, ta chỉ xét kết cấu và nguyên lý làm việc cơ bản của các

máy phát điện đồng bộ ba pha làm việc trong hệ thống điện Chúng

cĩ hai phần chính là phần tĩnh và phần quay

1.1.1.1 Phan tinh

1.1.1.2 Phan quay

1.1.2 Dic diém va phan loai

1.1.2.1 May phat nhiét dién

1.1.2.2 Máy phát thủy điện

1.2 KHAI QUAT VE HE THONG KÍCH TỪ

Hé thống kích từ cĩ nhiệm vụ cung cấp dịng điện một chiều

cho các cuộn dây kích từ nhằm giữ điện áp khơng đổi khi phụ tải biến

đổi và nâng cao giới hạn cơng suất truyên tải từ nhà máy điện vào hệ

thống dam bao ổn định tĩnh và ổn định động

Hệ thống kích từ cĩ thể được chế tạo theo 3 loại sau:

1.2.1 Hệ kích từ một chiều

1.2.2 Hệ tự kích từ xoay chiều

1.2.2.1 Hệ chỉnh lưu tĩnh

1.2.2.2 Hệ chỉnh lưu quay 1.2.3 Hệ tự kích từ 1.2.3.1 Hệ tự kích từ chỉnh lưu nguồn áp 1.2.3.2 Hệ tự kích từ chính lưu nguơn hơn hợp 1.2.3.3 Hệ tự kích từ chỉnh lưu hơn hợp cĩ điều khiển 1.2.4 Tác động của hệ thống kích từ đối với sự ốn định

Duy trì ơn định của hệ thống điện cũng phụ thuộc tốc độ đáp

ứng và khả năng cưỡng bức của hệ thống kích từ Tăng khả năng cưỡng bức và giảm thời gian đáp ứng sẽ làm tăng độ ổn định, tác động này được minh họa trong hình 1.8

1.3 MƠ HÌNH HOA MAY PHAT DIEN DONG BO

1.3.1 Phương trình chuyển động quay Phương trình chuyển động quay được biểu diễn bằng 2 phương trình vi phân bậc nhất như sau:

dA@ 1 = =

F=——(T _—T -K,Aø

A SH m — 1, — KpAQ, ) (1.18)

1.3.2 Mơ hình máy phát nối với hệ thống trong nghiên cứu ồn định Trong nghiên cứu ổn định tín hiệu nhỏ của hệ thống thì ta sẽ khơng sử dụng các phương trình mơ tả điện động của một máy phát độc vì nĩ chỉ cĩ ý nghĩa đối với các hệ thống rất nhỏ chỉ một máy

phát hoạt động độc lập Do đĩ để phục vụ cho bài tốn đặt ra ta sẽ

thực hiện mơ hình hĩa cho hệ máy phát được nối với hệ thống cĩ

cơng suất rất lớn [13]

1.3.2.1 Các phương trình máy phát đơng bộ 1.3.2.2 Các phương trùnh lưới

Phương trình ràng buột cho hệ thống như (1.35)

Đối chiếu các thành phan d, g trong phương trình trên, rút ra

được (1.36), (1.37)

Tổng hợp lại ta tính được các thành phân ï„, ¡ , wong mối quan

hệ của các biến trạng thái „ và ổ như (1.39)

Các phương trình mô tả hệ thông được phân tích như trên là các

phương trình phi tuyến, nhưng trong nghiên cứu phân tích 6n định tín

hiệu nhỏ cho hệ thống ta thường sử dụng mô hình tuyến tính hóa rút

ra từ nhiễu loạn nhỏ của mô hình hệ thống Do đó ta cần phải tuyến

tính hóa cho các phương trình mô tả hệ thống

1.3.3 Tuyến tính hóa mô hình hệ thống

Từ phương trình (1.39), các phương trình dòng điện viết trong

mỗi quan hệ của giá trị nhiễu là:

Ai, =m, Ad + m,AY ¢,

Ai, =n Ad +n, AY U4)

mị¡ , mạ, n¡ , nạ được xác định từ (1.42)

Tuyến tính hóa các phương trình từ thông ta được:

Tuyến tính hóa phương trình mô men từ (1.30) ta được:

AT, = WaaoAtg +igoAWaa —VaqoMa —taoA Vag (1-46)

Thay A¿,, Ai, AW¿x¿, AW„ vào (1.46) ta được:

K¡, K; được xác định từ (1.48)

Sự biến thiên của từ thông Ự¿„ được xác định bằng phương

trình động học của mạch kích từ:

K;

1457,

K:, K¿, T; được xác định từ (1.51)

Tuyến tính hóa phương trình điện áp:

Au, =—R,Ai, + L,Ai, —AV

Phương trình điện áp viết cho giá trị nhiễu loạn dạng rút gọn là:

AU, =K;A0+ KAW ,, (1.56) Ks; va Kg duoc tinh tu (1.57)

Từ các phương trình được tổng hợp như ở trên Mô hình hệ

thống tuyến tính được mô tả dưới dạng sơ đô khối như hình I.13

1.4 MÔ HÌNH HÓA HỆ THÓNG KÍCH TỪ

Mô hình hệ thống kích từ được đưa ra nghiên cứu trong phần này sẽ là hệ thống kích từ tự kích sử dụng câu chỉnh lưu có điều

khiển như hình 1.14 Đây là một hệ thống điều khiến liên tục và được

sử dụng phổ biến hiện nay trong các nhà máy điện

1.4.1 Mô hình hóa các thành phần của hệ thống kích từ

v Máy biến áp và bộ chỉnh lưu Nếu giá trị điện áp 3 pha kí hiệu là U, thì ta có thể viết:

U , KR

1+sT,

Trong d6 Ke 1A hang sé ty 16 va Te 1A hang s6 thoi gian lọc

Y B6 diéu chinh dién dp va tham chiếu (Bộ so sánh)

Bộ này có chức năng so sánh điện áp Uạ phản hồi với một giá

trị tham chiếu để tạo ra một điện áp U Điện áp này gọi là điện áp lỗi

và tỷ lệ với điện áp sai lệch

U, =k(Uggp — U„.) (1.61)

v Bộ khuếch đại

Các bộ khuếch đại được đặc trưng bởi một hằng số khuếch đại

K¿ cùng với một hăng sô thời gian 7 và có thé viét:

K

= 2—U,

l+s7)

Với các bộ khuếch đại thì một gia tri bao hoa can phải được xác

định, chang hạn như g„y < Ug < Uryax va duoc biéu dién nhu trén

hinh 1.18

v Máy kích từ

Máy kích từ một chiều tự kích được mô tả như hình 1.19

E ef =S Ew I+ S.(Epp)|+T; R, dE m (1.64)

8 Thay E,, vao (1.26) ta viết được:

Up _ Sz (Exp JE rp

K, + sT, 1.4.2 Tổng hợp mô hình hệ thống kích từ

Từ việc phân tích mô hình các thành phần chi tiết như trên, mô

hình cấu trúc của hệ thống kích từ hoàn chỉnh được trình bày trên

hình 1.20 Mô hình hệ thống kích từ này theo tiêu chuẩn IEEE được

kí hiệu là ST1A

Với hệ thống kích từ loại ST1A thì các thông số của máy kích từ

là Kz=1, T;=0 và Š;=0, Kz và Tz là hệ số khuếch đại và hằng số thời

ø1an của mạch ôn định bộ điều khiển, nếu hệ thống không sử dụng

mạch ổn định thì khối này sẽ được bỏ qua

Tuyến tính hóa cho mô hình hệ thống kích từ

Từ khối thứ nhất của hình 1.20 nếu ta sử dụng giá trị nhiễu loạn

nhỏ ta có:

1

AU, =

l+sĩp

10

Hay như (1.68) Thay AU, từ (1.56) ta được:

sAU, =— Ad +—* AV au, (1.69)

Tp Tạ Tp

Từ khối thứ 2 của hình 1.20 ta có:

Ky

=———(ÙU —U,-U 1.70

Viết dưới dạng nhiễu loạn nhỏ

Ka

1.5 TONG HOP MO HINH HE THONG

Từ các phương trình (1.47), (1.50), (1.56), (1.67), (1.71), mô

hình hệ thống được mô tả dưới dạng sơ đồ khối như hình 1.21

1.6 CAC THONG SO MAY PHAT VA HE THONG KICH TU

1.7 KET LUAN

Chương 2

DIEU KHIEN ÔN ĐỊNH HỆ THÓNG ĐIỆN 2.1 CAC BO ON ĐỊNH HỆ THÓNG ĐIỆN PSS

Tùy vào loại tín hiệu đầu vào của PSS được sử dụng mà các

PSS có tên gọi khác nhau cũng như khả năng điều khiển của chúng

Với một vài biến đổi nhỏ, rất nhiều bộ ổn định công suất dựa trên cơ sở là độ sai lệch tốc độ đã được chế tạo sử dụng Tuy nhiên với bộ ỗn định hệ thống điện dựa trên tốc độ thì một trong những

hạn chế của nó là nó có thể kích thích các mô hình dao động xoắn

Để khắc phục những hạn chế như đã nêu của bộ PSS có tín hiệu vào là tốc độ thì một bộ điều khiển đầu vào kép là công suất-tốc độ (AP-œ), hay còn gọi là bộ ôn định công suất gia tốc đã được xem xét

và thiết kế Với loại PSS này thì tín hiệu công suất được sử dụng là

11

công suất gia tốc của máy phát mà có tương tác xoắn rất thấp Với bộ

điều khiến loại này thì hệ số khuếch đại của PSS có thể được tăng lên

mà vẫn không làm mất di su 6n định và từ đó làm tắt nhanh các dao

động Theo các tiêu chuẩn của IEEE nó được kí hiệu là PSS2A

2.2 BO ON DINH HE THONG DIEN PSS2A

2.2.1 Cơ sở lý thuyết của PSS2A

Bộ ổn định hệ thống điện là một bộ phận phụ của hệ thống kích

từ máy phát, với mục đích cơ bản là tạo ra một thành phần mô men

điện trong rotor máy phát đồng bộ, thành phần mô men này tác động

giống như một mô men cản để chéng lai su dao d6ng cua rotor

Đề hiểu được tác động của PSS2A như thế nào ta sẽ xét sơ đỗ

khối của hệ thống như hình 2.I

Các thành phần mô men điện được tạo ra thông qua các mạch

vòng trên sơ đồ khi không xét đến tác động của bộ điều chỉnh điện áp

1+sT, Như vậy phản ứng phần ứng sẽ làm giảm sự đồng bộ hóa mô

men bởi K>K3K4

AT, = K,A6 -

Mô tả cho sự thay đổi thành phần mô men điện theo sự thay đổi

của góc cơ được việt như sau:

Ở trạng thái ổn định s = j@ = 0 ta viết lại phương trình mô men

Sự biến thiên từ thông AV được xác định từ mạch vòng điều

khiến trên hình 2.1 và được viết như ở phương trình (2.5)

Từ (3.6) ta có thể xác định hệ số mô men đồng bộ hóa là:

12

_T—K;K;K,TK,K;K;K„

Khi đó hệ số mô men đồng bộ tổng bằng:

—K,K,K,-—K,K,K.K way, ) = Ki + 2344 23 54 (27)

i 1+ K,K,K,

K,=K,+K

Từ phương trình (2.7) ta nhận thấy rằng dưới tác động của AVR

được đặt trưng bằng một hằng số khuếch đai Kạ sẽ có khuynh hướng làm tăng thành phần mô men điện ở trạng thái ôn định

Như vậy, tác động của bộ điều chỉnh điện áp là sẽ tạo ra một

thành phần mô men đồng bộ hóa dương và một thành phần mô men giảm âm Trong trường hợp này với một máy kích từ có đáp ứng cao

sẽ có lợi trong việc tăng mô men đồng bộ hóa, tuy nhiên khi đó nó cũng sẽ tạo ra một một men hãm âm Do đó có sự mâu thuẫn trong

yêu câu với độ nhạy kích từ

Hoạt động của PSS2A là tác động thông qua khối hàm truyền đạt GEP(s) giữa mô men điện và đầu vào hệ thống máy kích từ để khắc phục những hạn chế như đã nêu trên của bộ điều chỉnh điện áp

Cầu trúc Lead/Lag cơ bản của bộ điều khiển PSS2A được mô tả

như trên hình 2.2

2.2.2 Chức năng của PSS2A

Tác dụng chính của PSS2A là mở rộng giới hạn ôn định của hệ

thống điện bằng cách cung cấp bổ sung sự giảm dao động của rotor máy phát đồng bộ thông qua hệ thống kích từ của máy phát đồng bộ

Để có thể làm giảm nhanh những dao động của rotor, PSS2A sẽ tạo

ra một thành phần mô men điện đặt lên rotor tại góc pha có tốc độ

biến thiên Thành phần mô men này tỷ lệ với độ sai lệch giữa tốc độ

thực và tốc độ đồng bộ Khi rotor có sự dao động thì thành phần mô

13

men này tác động giống như một mô men can để chống lại sự dao

động của rotor

Như đã phân tích ở trên, do sự trễ pha trong mạch vòng điều

khiển của hệ thống kích từ nên sẽ tạo ra một thành phần mô men

giảm ATp Mục đích chính của PSS2A là tạo ra một tín hiệu điều

khiển để bù cho thành phần mô men giảm này Từ mục đích đó thì

cấu trúc của PSS2A sẽ gồm các khối bù pha để bù cho sự trể pha

giữa đầu vào máy kích từ và mô men điện

2.2.3 Cầu trúc của PSS2A

Bộ PSS2A là loại có nhiều đầu vào được thiết kế dựa trên cơ sở

các phương trình điện cơ của máy phát Phương trình động học cho

tôc độ rotor là hàm của mô men và được việt như sau:

do - car, — AT,)=—~AT,, (2.13)

Trong hệ đơn vị tương đối ta có thể xem mô men và công suất

là có giá trị tương đương nhau Thay mô men (T) bằng công suất (P)

và viết lại phương trình trên ta được

Trong thực tế việc đo lường trực tiếp tín hiệu công suất cơ là rất

khó khăn và hầu như là không thể Do đó phương trình này cho phép

chúng ta tổng hợp hiệu quá tín hiệu công suất cơ từ 2 tín hiệu tốc độ

va cong suất điện đo được, ở đây tín hiệu tốc độ và công suất điện ta

có thể đo được rất dễ dàng Tuy nhiên, nhược điểm của phép tổng

hợp này là công suất điện có thể thay đối nhanh khi có biến cố thoáng

qua (tức thời) trong hệ thống công suất Điều này sẽ làm cho công

suất cơ được tổng hợp như trên cũng sẽ thay đối nhanh Trong thực tế

14

đã biết thì công suất cơ thay đổi chậm hơn rất nhiều và được thể hiện

rõ ở độ dốc đường đặc tính làm việc

Vì lý do này, tín hiệu tích phân của sai lệch công suất cơ có thể

được đưa qua một bộ lọc thông thấp để là giam tần số xoắn, bộ lọc này được gọi là bộ lọc “Ramp-Tracking” Một bộ lọc thông thấp đa

cực sẽ chỉ cho phép những tín hiệu công suất cơ thay đổi chậm hon di

qua Sơ đồ khối thực hiện để đưa ra tín hiệu công suất cơ được biểu

diễn như hình 2.3

Tiếp theo là xác định tín hiệu công suất gia tốc

Bây giờ chúng ta sẽ quay lại xem xét bản chất của 2 tín hiệu đầu

vào là tốc độ và công suất điện Cả 2 tín hiệu tốc độ và công suất điện

nói chung đều có các giá trị ở trạng thái ổn định và có thể thay đổi từ

từ trong chu kì thời gian dài Vì lý do này mà hâu hết các PSS2A

được thiết kế phải sử dụng một bộ lọc thông cao cho cả 2 tín hiệu đầu vào, bộ lọc này còn được gọi là bộ lọc “Washout” (hình 2.5) Bộ lọc

này có tác dụng loại bỏ các tín hiệu thay đổi với tần số thấp

Tích phân sai lệch công suất gia tốc chính là đầu vào của PSS2A có cấu trúc phase Lead/Lag với một hằng số khuếch đại và hàm giới hạn đầu ra Khả năng bù của PSS phụ thuộc vào việc tính chọn giá trị của Kpss và các hằng số thời gian Ở đây các hăng số thời gian trễ và vượt được điều chỉnh trong khoảng 0.01s <T < 6s

Vậy câu trúc hoàn thiện của PSS2A được mô tả như sau như hình 2.7 (Theo tiêu chuẩn IEEE)

2.2.4 Tính chọn tham số cho PSS2A 2.2.4.1 Chọn các thông số cho bộ lọc thông cao Với cấu trúc bộ lọc thông cao như đã trình bày ở trên thì giá trị của hằng số thời gian lọc Tạ phải được chọn đủ lớn để cho phép các

15

dao động kết hợp với sự thay đổi của tốc độ và công suất điện đi qua

là không đổi T„„ là không giới hạn và có thể có giá trị bất kì trong dai

từ 1 đến 20s

Trong trường hợp này ta chọn hằng số thời gian cho các bộ lọc

“Washout” ở đầu vào là T„ = 10s và khi đó sẽ có một tần số cắt có

giá trị là 0.0159Hz Tần số này thấp hơn các tần số của mô hình liên

khu vực, do đó giá trị của hằng số thời gian lọc đã chọn là hợp lý

2.2.4.2 Chọn các thông số của bộ lọc “Ñamp-Tracking”

Hàm truyền đạt dạng tổng quát (2.22)

Hầu hết các bộ lọc “Ramp-tracking” ta thường sử dụng với các

hệ số là N=l và M=5 Điều này sẽ cung cấp một bộ lọc 4 cực với

quan hệ của tử số và mẫu số là một số nhỏ nhất

Các hằng số thời gian Tạ và Ts của bộ lọc được chọn sao cho

cung cấp đủ sự suy giảm ở tất cả các tần số xoăn trục và trong cùng

một thời gian có thể bám theo sự thay đổi của mô men điện Ở đây Ts

thường được chọn bằng 0.1s là chấp nhận được, khi đó T; = 0.5s

2.2.4.3 Chọn các thông số cho khâu bà Lead/Lag

Hàm truyền đạt cơ bản của khâu phase Lead (2.30)

Góc vượt pha lớn nhất (@w„„) cần bù trong trường hợp nay được

mô tả như (2.31)

Hằng số thời gian T xác định ở tần số dao động A@ax (2.32) với

góc vượt pha để bù cho sự trễ pha là lớn nhắt

Giả sử, trong hệ thống xảy ra dao động với tần số là A@y =

12,56 rad/s tương ứng với Aƒf;/„ =2Hz Từ các phân tích ở trên ta

tiến hành tính góc pha cần bù trong trường hợp này như sau

Từ hình 2.1 sự biến thiên từ thông do tác động của PSS2A

_ K;K„

Pra = 1+sT,

(—K,AYW ,, + Au, ) (2.33)

16

Ở tần số dao động 12,56 rad/s, tức là s = J@ = J12,56

AW ja 80,32

Thành phần mô men điện do PSS2A tác động là:

e

AT

u

Với bộ PSS2A ta sử dụng 2 giai đoạn bù như nhau và do đó mỗi giai đoạn sẽ bù l góc có giá trị @w¿„ = 45.21Ÿ/2 = 22,605” Thay vào (2.31) ta tính được giá trị “a” như sau:

, -1,a —Ï

=sIn (——)= 22,605

P vax C + Ù

Suy ra: a= 2,2489

Từ (2.32) ta sẽ tính được hằng số thời gian T

1 _ 1

A@,,,Va 12,562,2489

Suy ra các hăng số thời gian của khâu Phase Lead

T,=T,=T =0,053s

T, =T, =aT =0,128

Cuôi cùng ta xác định hệ sô khuéch dai Kpss

Từ (2.41), hệ số mô men đồng bộ tổng là:

K,=K, + K,|\„ =0,7193+0,1382 =0,8575 (pu momen/rad)

fa

Thành phần mô men cản do A W jq la:

T (AW p) =—0,1917(jA0) (2.42)

—0,1917ø

17

Véi @=12,56 rad/s

Toàn bộ hệ số mô men cản khi có sự tác động của AVR và

PSS2A là:

Kp= Kptavg + Kp(pss, =—45+ K,s;(L4329)2H— (2.45)

Như vậy từ (2.45) ta thấy rằng, bộ điều khiển PSS2A với mục

đích là tạo ra một thành phần mô men điện để bù cho sự giảm âm của

mô men đồng bộ dưới tác động của bộ điều khiển AVR Ở điều kiện

lý tưởng thì thành phần mô men này sẽ bù chính xác cho thành phần

mô men bị giảm, nghĩa là:

Kp =-4.5 + K pss ,4329)2H =0

Vay hé số Kpss được chọn cho trường hợp này là:

_ 4,8

~ 1,4329* 2H

2.2.4.4 Giới hạn của PSS2A

Giới hạn đầu ra của bộ ỗn định được cài đặt trong dãi giá trỊ từ

— 0,15 <u, <0,15 pu

2.3 KET LUAN

=1,1166

PSS

Chuong 3

BO DIEU KHIEN PID VA DIEU KHIEN THICH NGHI

3.1 BO DIEU KHIEN PID

3.1.1 Khái quát về bộ điều khiến PID

Cấu trúc của bộ điều khiển PID như hình 3.1 gồm có ba thành

phân là khâu khuếch đại (P), khâu tích phân (1) và khâu vi phân (D)

Khi sử dụng thuật toán PID nhất thiết phải lựa chọn chế độ làm việc là

P, Ihay D và sau đó là đặt tham số cho các chế độ đã chọn Một cách

tổng quát, có ba thuật toán cơ bản được sử dụng là P, PI và PID

18

3.1.2 Các phương pháp xác định tham số bộ điều khiển PID 3.1.2.1 Phuong phap Ziegler-Nichols

Phương pháp Ziegler-Nichols là pháp thực nghiệm để xác định tham số bộ điều khiển P, PI, hoặc PID bằng cách dựa vào đáp ứng quá

độ của đối tượng điều khiến Tùy theo đặc điểm của từng đối tượng,

Ziegler và Nichols đã đưa ra hai phương pháp lựa chọn tham số của bộ điều khiển

Phương pháp Ziegler-Nichols thứ nhất: Phương pháp này áp dụng cho các đối tượng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm nắc có

dạng chữ S như hình 3.3 như nhiệt độ lò nhiệt, tốc độ động cơ,

Phương pháp Ziegler-Nichols thứ hai: Phương pháp này áp dụng cho đối tượng có khâu tích phân lý tưởng như mực chất lỏng trong bén chia, vi trí hệ truyền động dùng động cơ, Đáp ứng quá

độ của hệ hở của đối tượng tăng đến vô cùng Phương pháp này được thực hiện như sau: [10]

- Thay bộ điều khiển PID trong hệ kín băng bộ khuếch đại như hình 3.4

- Tăng hệ số khuếch đại tới giá trị tới hạn kụ để hệ kín ở chế độ

biên giới ôn định, tức là h(t) có đạng dao động điều hòa

- Xác định chu kỳ 'T của dao động

3.1.2.2 Phương pháp Chien-Hrones-Reswick Phương pháp này cũng áp dụng cho các đối tượng có đáp ứng đối với tín hiệu vào là hàm nắc có dạng chữ S như hình 3.6 nhưng

có thêm điều kiện b/a > 3

3.1.2.3 Phương pháp tỗi wu modul

3.1.2.4 Phương pháp tôi ưu đỗi xứng

3.2 ĐIỂU KHIỂN THÍCH NGHI 3.2.1 Giới thiệu chung

Điều khiến thích nghi là sự tổng hợp các kỹ thuật nhằm tự động

19

chỉnh định các bộ điều chỉnh trong mạch điều khiển để thực hiện hay

duy trì ở một mức độ nhất định chất lượng của hệ khi thông số của quá

trình điều khiển không biết trước hoặc thay đổi theo thời gian

Hệ thống điều khiến thích nghi gồm có hai vòng: vòng hồi tiếp

thông thường và vòng hỏi tiếp điều khiển thích nghi

Các bộ điều khiến thích nghi thường là sự lựa chọn hợp lý, khi ta

không có khả năng hoặc không kinh tế, khi khảo sát một cách hoàn hảo

sự thay đổi của các biến quá trình

3.2.2 Hệ thống thích nghỉ theo mô hình mẫu (MRAS)

Mô hình mẫu được chọn dé tao ra một đáp ứng mong muốn đối

với tín hiệu đặt, y„„, mà ngõ ra của hệ thống, y, phải bám theo Hệ

thống có một vòng hỏi tiếp thông thường bao gồm đối tượng và bộ

điều khiển Sai lệch bám e là hiệu của ngõ ra hệ thống và ngõ ra của

mô hình mẫu, e = y„ - y Bộ điều khiển có thông số thay đổi dựa vào

sai số này Hệ thống có hai vòng hỏi tiếp: vòng hôi tiếp trong là vòng

hôi tiếp thông thường và vòng hồi tiếp ngoài hiệu chỉnh tham số cho

vòng hổi tiếp bên trong Vòng hồi tiếp bên trong được giả thiết là

nhanh hơn vòng hồi tiếp bên ngoài

Hệ thống thích nghi mô hình mẫu có thể được phân thành hai

loại: trực tiếp và gián tiếp

3.2.3 Luật thích nghi

- Luat MIT (Massachusetts Institute Technology)

- Hàm Lyapunov xác định dương

- Phương pháp gradient và phương pháp bình phương bé nhất

dựa trên tiêu chí đánh giá hàm chi phí sai lệch bám

3.2.3.1 Phương pháp độ nhạy (Luật MIT)

Phương pháp độ nhạy được sử dụng để thiết kế luật thích nghi

sao cho các tham số ước lượng được điều chỉnh theo hướng tối thiếu

20

hóa một hàm đặc tính nào đó

` 4 » fg

Các thành phân của vec tơ —— là đạo hàm độ nhạy của sai s6 với

9Ø

các tham số chỉnh định đ Thông số y xác định tốc độ thích nghi Luật

MIT có thể được giải thích như sau: giả sử các thông số Ø thay đổi

chậm hơn nhiều so với các biến các khác của hệ thong, dé binh

phuong sai s6 1A bé nhat can thay déi cdc tham sé theo hudng gradien

âm của bình phương sai số (e')

Trở ngại của phương pháp này là luật thích nghi không thể được

thực thi nếu nó không thể được tạo ra on-line Việc sử dụng hàm độ nhạy ước lượng để có thể thực hiện được dẫn đến các sơ đồ điều

khiến thích nghi mà tính ồn định của nó rất thấp hoặc không thể thiết

lập được

3.2.3.2 Gradient và phương pháp bình phương bé nhất dựa trên tiêu chí đánh giá hàm chỉ phí sai số

Phương pháp Gradlent và các hàm chi phí được sử dụng cho việc triển khai luật thích nghi để ước lượng các tham số quan tâm 9 trong mô hình tham số Phương pháp gradient bao gồm việc khai triển một phương trình sai số ước lượng đại số làm động cơ thúc đây

việc lựa chọn một hàm chi phí gan đúng J() mà nó là một hàm lỗi

trong toàn bộ không gian của 0(0 Sau đó, hàm chỉ phí sẽ được cực tiểu hóa theo tham số 0(0 bởi phương pháp sradient như sau:

Ø=-7YVJ(6) 3.2.3.3 Ham Lyapunov Trong phương pháp này, lý thuyết về sự ổn định của Lyapunov

(tiêu chuẩn ồn định thứ hai) có thể dung để thiết kế luật thích nghi, đảm

bảo sự ổn định cho hệ thống vòng kín Do đó, sơ đồ điều khiển thích

nghi dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov không gặp những trở ngại