Tạp chí khoa học và công nghệ: Chỉnh định mờ tham số PID cho bộ điều tốc tuabin nhà máy thủy điện

Bài báo này giới thiệu việc xây dựng mô hình một nhà máy thủy điện với sự có mặt các phần tử thủy lực, máy điện và xét đầy đủ các hiệu ứng động học của hệ thống thủy lực. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung kiến thức cần thiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tạp chí khoa học và công nghệ: Chỉnh định mờ tham số PID cho bộ điều tốc tuabin nhà máy thủy điện TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 CHỈNH ĐỊNH MỜ THAM SỐ PID CHO BỘ ĐIỀU TỐC TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN FUZZY ADJUSTING PID PARAMETERS OF THE HYDROELECTRIC POWER TURBINE GOVERNOR Đoàn Quang Vinh Đặng Trung Thi Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Công ty thủy điện Ialy TÓM TẮT Hiện nay, hầu hết các nhà máy thủy điện đều sử dụng bộ điều khiển PID để điều chỉnh tốc độ tuabin, các bộ điều chỉnh này ít có khả năng bền vững đối với sự thay đổi tham số trong quá trình vận hành. Bài báo này giới thiệu việc xây dựng mô hình một nhà máy thủy điện với sự có mặt các phần tử thủy lực, máy điện và xét đầy đủ các hiệu ứng động học của hệ thống thủy lực. Từ đó ứng dụng điều khiển mờ để điều chỉnh các tham số PID của bộ điều chỉnh tốc độ tuabin nhằm nâng cao chất lượng điều khiển và đáp ứng với sự thay đổi các tham số trong quá trình vận hành. ABSTRACT Nowadays, most of the hydroelectric power has used PID controllers to regulate turbine speed. However, these controllers are less robust with parameters changes in operation. This paper presents the modelling of a hydroelectric power with hydraulic components and electric machines in consideration of dynamic effects of the hydraulic system. Hence, the use of fuzzy control to adjust PID parameters of a turbine governor is aimed to improve the control quality and satisfy with parameters changes in operation. 1. Đặt vấn đề Trong những thập niên gần đây điều khiển mờ phát triển khá mạnh mẽ. Ưu điểm của điều khiển mờ so với các phương pháp điều khiển kinh điển là có thể tổng hợp được bộ điều khiển mà không cần biết trước cấu trúc và tham số của hệ thống một cách chính xác, giải quyết được nhiều bài toán điều khiển phức tạp mà trước đây chưa thể giải quyết trọn vẹn. Hệ điều khiển mờ sử dụng được các kinh nghiệm vận hành đối tượng và các xử lý điều khiển của chuyên gia trong thuật toán điều khiển, do vậy hệ điều khiển mờ là một bước tiến gần tới tư duy con người. Việc ứng dụng kỹ thuật mờ trong thiết kế xây dựng hệ điều khiển cho truyền động có cấu trúc và tham số biến đổi là hướng nghiên cứu mới mẻ, còn nhiều tiềm năng để khai thác, là Hình 1. Cấu trúc một nhà máy thủy điện 324 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 hướng nghiên cứu có khả năng đáp ứng được các yêu cầu chất lượng của hệ và khắc phục được các nhược điểm của các hướng nghiên cứu khác. Tuabin thủy lực cùng với các cơ cấu/bộ phận thủy lực đặc trưng động học thủy lực phi tuyến và có đặc tính pha không cực tiểu có các tham số thay đổi theo thời gian. Các bộ điều khiển PID được thiết kế cho một điểm làm việc đặc trưng, không thể tạo ra sự làm việc ổn định khi có sự thay đổi đột ngột trong điều kiện làm việc hoặc trong cấu hình của đối tượng. Sử dụng điều khiển mờ để điều chỉnh các tham số PID nhằm đạt được chất lượng điều khiển tốt trong điều kiện có sự thay đổi tham số hệ thống là mục đích của đề tài này. 2. Kết quả nghiên cứu và khảo sát 2.1. Mô hình hóa nhà máy thủy điện 2.1.1. Mô hình phi tuyến: H Q2 + H l 0 + H l 2 Hệ thống thủy lực của Cs f0 f p2 U s , Qs một NMTĐ điển hình, đầy đủ Tec U c , Qc Twc gồm có: Hồ chứa nước, đường H0 Twp f p1 Ht Hr ống dẫn nước, tháp điều áp, Tep U t , Qt đường ống áp lực, tuabin và H Q + H l1 đường ống xả nước xuống hạ lưu của nhà máy. Hình 2. Phân bố tham số và biến quá trình chính Đề tài này sẽ sử dụng các số liệu của NMTĐ Susqueda (Tây Ban Bảng 1. Trị số của các tham số NMTĐ Susqueda Nha), có công suất lắp đặt (2x37MW+1x12 Tham số Trị số Tham số Trị số MW), và xét riêng một tổ máy 37MW, sử Twc 9,15 [s] fp1 0,0475 [pu] dụng tuabin loại Francis. Twp 0,82 [s] fp2 0,089 [pu] Các tham số được tính từ số liệu của Tep 0,208 [s] At 1,67 [pu] NMTĐ theo các công thức trong tài liệu [7] Tg 0,5 [s] U nl 0,13 [pu] zp 3,95 T 225 [s] trình bày như ở bảng 1. Cs 140 [s] H 4 [s] Mô hình phi tuyến [8, tr. 77] như sau: f0 0,005 [pu] D 0,01 [pu] Trong đó η (G ) là hàm hiệu suất của tuabin xây dựng theo phương pháp bình phương nhỏ nhất với ...