Hòa đồng bộ máy phát điện lên lưới bằng phương pháp điều khiển Passivity - Based

Việc điều khiển hoà đồng bộ máy phát điện lên lưới là một trong những vấn đề quan trọng của hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị bộ nguồn kép (MDBNK). Bài báo này đƣa ra một phương pháp điều khiển mới để điều khiển máy phát và tự động quá trình hoà đồng bộ máy phát vào lƣới điện, đó là phương pháp điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động (Passivity – Based).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hòa đồng bộ máy phát điện lên lưới bằng phương pháp điều khiển Passivity - Based Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 64(02): 70 - 74 HOÀ ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN LÊN LƯỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PASSIVITY – BASED Đặng Danh Hoằng Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp TÓM TẮT Việc điều khiển hoà đồng bộ máy phát điện lên lƣới là một trong những vấn đề quan trọng của hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị bộ nguồn kép (MDBNK). Bài báo này đƣa ra một phƣơng pháp điều khiển mới để điều khiển máy phát và tự động quá trình hoà đồng bộ máy phát vào lƣới điện, đó là phƣơng pháp điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động (Passivity – Based). Từ khoá: Hoà đồng bộ máy phát điện MỞ ĐẦU Hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị bộ nguồn kép, đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ trên toàn thế giới. Hiện nay trên thế giới cũng nhƣ ở nƣớc ta chƣa có một công trình khoa học nào nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động (Passivity – Based) áp dụng cho đối tƣợng này. Vì vậy bài báo này đƣa ra phƣơng pháp điều khiển Passivity – Based để điều khiển máy phát điện dị bộ nguồn kép, trong đó tập trung vào vấn đề tự động hoà đồng bộ máy phát lên lƣới thay vì sử dụng phƣơng pháp đèn hoà đồng bộ trƣớc đây. CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN * C MĐ u us N NLPL NLPMP UD 3 ~= C = 3~ 3 MP ~ ir iN Thiết bị điều khiển IE is n (DSP) Hình 1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống máy phát điện sử dụng MDBNK NLPL: Nghịch lƣu phía lƣới NLPMP: Nghịch lƣu phía máy phát. MĐC: Máy đóng cắt. IE: Thiết bị đo tốc độ bằng khắc vạch MP: Máy phát (sử dụng MDBNK) Từ sơ đồ cấu trúc hình 1, ta thấy hệ thống gồm 2 phần điều khiển cơ bản: + Điều khiển phía lƣới + Điều khiển phía máy phát Hai phần điều khiển đều điều khiển bộ biến đổi công suất (nghịch lƣu) và hai cụm nghịch lƣu này đƣợc nối với nhau bởi mạch một chiều trung gian. Ở đây ta chỉ quan tâm đến cụm NLPMP, nó có 2 nhiệm vụ điều chỉnh và cách ly công suất hữu công và vô công gián tiếp thông qua 2 đại lƣợng mô men mG và Q đồng thời có nhiệm vụ thực hiện hoà đồng bộ cũng nhƣ điều chỉnh tách máy phát ra khỏi lƣới khi cần thiết. TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN DÕNG ĐIỆN RÔTO THEO PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN PASSIVITY – BASED Để điều khiển máy phát, cũng nhƣ thực hiện hoà đồng bộ máy phát điện lên lƣới ta sử dụng sơ đồ cấu trúc điều khiển phía máy phát nhƣ hình 2. Ở đây tác giả sử dụng phƣơng pháp Passivity – Based (dựa trên thụ động) để thiết kế bộ điều khiển dòng điện rotor cho máy phát điện dị bộ nguồn kép. Nhƣ trong [1], [3] hệ phƣơng trình mô tả mô hình dòng rotor của MDBNK sau khi đƣợc tách ra trên hệ trục toạ độ dq nhƣ sau: xung. * Tel: 0974.155.446 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 1 1 1  dird  dt    ( T  T )ird  r irq  r s  1   1 ' 1 1 ' (  sd   sq )  urd  .u   T  L  Lm sd s r    dirq   1 ( 1  1   )i   i  rq r rd  dt  Tr Ts  1   ( 1  '   ' )  1 u  1   .u   T sq sd  Lr rq  Lm sq s  64(02): 70 - 74 Lưới u (1) v w MĐN Từ mạch một chiều trung gian uDC Khâu ĐCMM mG * mG - TSP Q* Q -  isdq Khâu ĐCQ s i*rd urd i*rq urq usdq ĐCDMP ’*sd r ura ejr u*sdq tr ts tt urb r S t ĐCVTKG r 3~ MP NL q irq irr ir ird r 3 e irβ -jr irs IE n 2 Q mG r GTT i * ’ sd * rd i*rq is isd  isq isβ e-jN isu isv 2 * ’ sq * N u sd * u sq 3 uNu GTĐ N PLL uNd = uNv us Hình 2. Hệ thống điều khiển máy phát (MDBNK) trong hệ thống phát điện sức gió sử dụng bộ điều chỉnh Passivity - Based 71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ Để đặt bài toán điều chỉnh các thành phần của ir, ta đặt biến ir là biến điều khiển và với giá trị mong muốn là i*r đƣợc lấy từ bộ điều chỉnh mô men mG và công suất Q thông qua khâu tính toán giá trị đặt (GTĐ). Bộ điều chỉnh dựa trên thụ động (viết tắt: PBC) đƣợc xây dựng theo nguyên tắc là cần phải tác động vào tín hiệu điều khiển một tín hiệu dạng D().ir - gọi là tín hiệu suy giảm, và D() gọi là hệ số suy giảm. Tín hiệu điều khiển của bộ điều chỉnh dòng máy phát đƣợc xác định: u rdPBC  u *rd  D( ).ird u rqPBC  u *rq  D( ).irq Trong đó: (2) u rdPBC ; u rqPBC là điện áp do bộ điều khiển PBC tạo ra (theo các thành phần d và q) u*rd; u*rq là điện áp rotor mong muốn của máy phát (theo các thành phần d và q) đƣợc xác định theo (1). ird  ird*  ird irq  irq*  irq r  d r dl d    l   (4) dt dt dt Từ (4) rõ ràng thấy từ trƣờng quay do dòng điện rotor sinh ra sẽ quay với tốc độ r so với rotor, mà rotor quay với tốc độ  so với stato, do đó từ trƣờng quay rotor sẽ có tốc độ: rs = r + (5) So sánh (4) và (5) thì từ trƣờng rotor sẽ cảm ứng vào stato điện áp có tần số góc rs đúng bằng tần số góc lƣới l, nghĩa là cùng tần số với điện áp lƣới. Nhƣ vậy với việc đƣa góc chuyển đổi r vào biến tần thì sẽ đảm bảo điều kiện tần số điện áp đầu ra máy phát và điện áp lƣới có cùng tần số. - Để điều kiện trùng pha đƣợc đảm bảo, ta thực hiện thông qua điều khiển các thành phần dòng điện rotor ird và irq, có giá trị thích hợp. Theo [1], [5], ta phải điều khiển sao cho ird = 0 và irq < 0. - Xác định mối quan hệ giữa trị số biên độ điện áp lƣới (ulm), điện áp đầu ra máy phát (usm) và giá trị irq. Xuất phát từ phƣơng trình véc tơ điện áp stato: là sai lệch dòng điện rotor giữa giá trị đặt và giá trị thực lấy từ máy phát (theo các thành phần d và q). Với D() là hệ số suy giảm đƣợc chọn sao cho hàm trữ năng lƣợng của biến điều khiển vẫn giữ đƣợc đặc điểm thụ động. Bộ điều khiển dòng điện thực hiện quá trình hoà đồng bộ, cần phải thoả mãn các điều kiện hệ thống điện áp đầu ra máy phát so với hệ thống điện áp lƣới: + Cùng tần số + Cùng góc pha + Cùng trị số Muốn vậy trong quá trình điều khiển ta cần phải xác định các giá trị sau để thoả mãn các điều kiện đặt ra ở trên: - Xác định góc chuyển đ ...