- Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - CAO CHÍNH HIỆP NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH PHẲNG CỦA MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP VÀ ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN TRÊN CƠ SỞ NGUYÊN LÝ HỆ PHẲNG Chuyên ngành : Điều khiển tự động LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : GS.TSKH. - NGUYỄN PHÙNG QUANG Hà Nội – Năm 2011 Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 2Lời nói đầu Ngày nay, máy điện không đồng bộ nguồn kép ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng máy phát điện sử dụng năng lượng gió. - Ưu điểm chính của máy phát không đồng bộ nguồn kép trong các ứng dụng này chính là công suất của bộ chỉnh lưu cho mạch rotor là nhỏ khi so với công suất của máy phát. - Thêm nữa, máy phát không đồng bộ nguồn kép có thể vận hành ở dải tốc độ tương đối rộng, thích hợp với các ứng dụng máy phát điện sử dụng sức gió. - Hiện tại, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, nhiều cấu trúc điều khiển tuyến tính cho máy phát đã được đưa ra và đã đạt đến mức gần như hoàn hảo về tính năng và chất lượng. - Mặc dù vậy việc nghiên cứu một cấu trúc điều khiển mới phù hợp với bản chất phi tuyến của máy phát có thể hứa hẹn sẽ đem lại những phẩm chất mới cho hệ thống, góp phần chế ngự tốt hơn các trạng thái vận hành phi tuyến. - Bên cạnh đó, do bản chất phi tuyến của mình, máy phát không đồng bộ nguồn kép là một đối tượng lý thú để học viên áp dụng, thử nghiệm các lý thuyết đã được học. - Trong thời gian qua, em đã tiến hành thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu đặc tính phẳng của máy phát không đồng bộ nguồn kép và đề xuất cấu trúc điều khiển trên cơ sở nguyên lý hệ phẳng”. - Trong luận văn, em đã từng bước chứng minh đặc tính phẳng, xây dựng cấu trúc điều khiển máy phát, đồng thời việc mô phỏng kiểm chứng cũng được thực hiện trên Plecs. - Hà Nội, 3/2011 Học viên: Cao Chính Hiệp Mục lục Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 3 MỤC LỤC Các ký hiệu, chữ viết tắt. - 6 Chương 1: Khái quát về hệ phẳng. - 8 1.1 Định nghĩa hệ phẳng. - 8 1.2 Tính chất hệ phẳng. - 9 1.3 Ý nghĩa hệ phẳng. - 10 1.4 Một vài ví dụ hệ phẳng. - 14 Chương 2: Hệ thống phát điện dùng máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIM. - 22 2.1 Cấu trúc hệ thống máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIM. - 31 Chương 3: Tính chất phẳng của DFIM và đề xuất cấu trúc điều khiển tựa phẳng cho DFIM. - 50 3.2 Cấu trúc điều khiển tựa phẳng cho đối tượng DFIM. - 54 3.2.1 Xây dựng quỹ đạo phẳng cho đầu ra phẳng. - 54 3.2.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển. - 65 3.2.3 Phân tích tính chất tách kênh của cấu trúc điêu khiển tựa phẳng với đối tượng DFIM. - 98 Các ký hiệu, chữ viết tắt Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 4 Các ký hiệu, chữ viết tắt ,,susvswiii Dòng pha stator. - Nu Vector điện áp lưới. - ,sdsquu Thành phần điện áp stator trên trục ,dq. - ,rd rquu Thành phần điện áp rotor trên trục ,dq. - Các ký hiệu, chữ viết tắt Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 5,srLL Điện cảm Stator, Rotor. - Gm Momen điện của máy phát cosϕ Hệ số công suất DCU Điện áp trên tụ DC Link FC Nghịch lưu phía lưới (Front-end Convertor). - GC Nghịch lưu phía máy phát (Generator-side Convertor). - Control Hardware Bộ điều khiển trung tâm Ký hiệu ‘d ’ viết bên phải phía trên : giá trị đặt. - viết bên phải phía trên : giá trị tính toán bởi bộ điều khiển. - Danh mục hình ảnh Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 6 Danh mục hình ảnh Hình 1.1: Động cơ điện một chiều kích thích vĩnh cửu. - 17 Hình 1.2: Hệ thống hai bình thông nhau. - 20 Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống máy phát không đồng bộ nguồn kép. - 23 Hình 2.2: Chế độ hoạt động của DFIM. - 24 Hình 2.3: Dòng năng lượng khi DFIM ở chế độ máy phát. - 25 Hình 2.4: Vector dòng stator. - 27 Hình 2.5: Mối quan hệ giữa vector điện áp và vector từ thông stator. - 28 Hình 2.6: Hệ tọa dộ dq, tựa theo điện áp lưới. - 31 Hình 3.1: Cấu trúc điều khiển phẳng không cascade cho DFIM. - 57 Hình 3.2: Cấu trúc điều khiển phẳng cho DFIM. - 61 Hình 3.4: Bộ điều khiển có phản hồi cho dòng rotor. - 62 Hình 3.5: Khâu PI cho vòng điều khiển dòng rotor. - 64 Hình 3.6: Bộ điều khiển truyền thẳng cho công suất. - 65 Hình 3.7: Bộ điều khiển có phản hồi cho công suất. - 66 Hình 3.8: Khâu PI cho vòng điều khiển công suất. - 67 Hình 3.9: Cấu trúc điều khiển DFIM sử dụng hai bộ PI. - 68 Hình 3.10: Cấu trúc điều khiển DFIM sử dụng phương tuyến tính hóa chính xác. - 69 Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng điều khiển tựa phẳng máy phát không đồng bộ nguồn kép. - 76 Hình 4.2: Bên trong khối DFIG dq. - 76 Hình 4.3: Mô hình của DFIG được xây dựng dựa trên khối máy điện không đồng bộ rotor dây quấn có sẵn của PLECS. - 77 Hình 4.4: Bên trong khối Avg. - 78 Hình 4.5: Bên trong khối FPT. - 78 Hình 4.6: Giao diện một khối C-Script của PLECS. - 79 Hình 4.7: Khối mG, cosPhi Ref. - 80 Hình 4.8: Bên trong khối DFIG Control. - 81 Hình 4.9: Bên trong khối ir control. - 82 Hình 4.10: Bộ điều khiển phẳng dòng rotor. - 83 Hình 4.11: Bên trong khối mG, cosPhi control. - 84 Hình 4.12: Bộ điều khiển phẳng công suất. - 85 Hình 4.13: Mô phỏng hai đại lượng công suất khi thay đổi điểm đặt. - 86 Hình 4.14: Mô phỏng hai đại lượng dòng rotor khi thay đổi điểm đặt công suất. - 88 Danh mục hình ảnh Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 7Hình 4.15: Giữ nguyên momen, thay đổi hệ số công suất. - 89 Hình 4.16: Giữ nguyên hệ số công suất, thay đổi momen. - 90 Hình 4.17: Mô phỏng khi có sai lệch thông số. - 92 Hình 4.18: Mô phỏng khi sập lưới 25. - 93 Hình 4.19: Mô phỏng khi sập lưới 50. - 94 Hình 4.20: Mô phỏng khi sập lưới 75. - 95 Chương 1: Khái quát về hệ phẳng Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 8Chương 1: Khái quát về hệ phẳng 1.1 Định nghĩa hệ phẳng: (theo [4]) Cho hệ. - )=xfxu& Trong đó biến trạng thái nR∈x , biến điều khiển mR∈u, được gọi là hệ phẳng nếu tồn tại biến myy y=y thỏa mãn: *Điều kiện (1): tồn tại hàm ψ sao cho. - Nếu ba điều kiện trên được thỏa mãn thì hệ được gọi là hệ phẳng và biến myy y=y được gọi là đầu ra phẳng của hệ. - Một số kết luận ta có thể rút ra từ định nghĩa hệ phẳng: Æ Đầu ra phẳng biểu diễn được là hàm của biến trạng thái, biến điều khiển và các đạo hàm của biến điều khiển. - Æ Biến trạng thái, biến điều khiển biểu diễn được là hàm của đầu ra phẳng và các đạo hàm của đầu ra phẳng. - Æ Các thành phần của đầu ra phẳng là độc lập vi phân. - Chương 1: Khái quát về hệ phẳng Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 9Æ Đầu ra phẳng của một hệ phẳng không phải là duy nhất. - Bởi đơn cử giả sử ()12,yy=y là đầu ra phẳng của một hệ 2 đầu vào thì kzz y y y==+z với k là một số tự nhiên, cũng là một đầu ra phẳng khác của hệ . - 1.2 Tính chất hệ phẳng: (theo [4]) Hệ phẳng có một số tính chất cần lưu ý, ta chỉ liệt kê ở đây mà không đi sâu vào chứng minh các tính chất này: -Số đầu ra phẳng đúng bằng số biến điều khiển độc lập (biến đầu vào). - Tính chất này cũng dễ nhận thấy từ định nghĩa của hệ phẳng. - -Một hệ tuyến tính là hệ phẳng khi và chỉ khi hệ đó là điều khiển được. - -Mọi hệ phẳng đều có thể tuyến tính hóa được bằng đường phản hồi động nội sinh. - Và ngược lại mọi hệ tuyến tính phản hồi động nội sinh đều là hệ phẳng. - )=xfxu& là tương đương Lie-BackLund tức là tồn tại hàm Φ và Ψsao cho: Chương 1: Khái quát về hệ phẳng Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 10. - Khi đó hệ kín thu được vi phôi đến một hệ tuyến tính điều khiển được có dạng: 1(1)11(1)mrrmmyvyv++==M Trong đó 1. - )myy là đầu ra phẳng của hệ phẳng. - )mrrmmyy y yϕ++=u 1.3 Ý nghĩa hệ phẳng: (theo [4]) Đối với hệ phẳng thì các biến trạng thái, biến điều khiển được biểu diễn là hàm của đầu ra phẳng và các đạo hàm của đầu ra phẳng. - Điều đó cho phép ta có thể tính được trạng thái cũng như tín hiệu điều khiển cần thiết của hệ phẳng khi cho trước quỹ đạo của đầu ra phẳng. - Vấn đề ở đây là làm sao thiết lập được quỹ đạo đặt trước cho đầu ra phẳng để có thể thỏa mãn các điều kiện biên. - Dưới đây chúng ta sẽ xem xét vấn đề này: Xét hệ phẳng. - )=xfxu& với đầu ra phẳng myy y=y Chương 1: Khái quát về hệ phẳng Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ 0810 11Mục đích của ta là xây dựng quỹ đạo cho biến đầu ra phẳng y, từ đó tính ra biến trạng thái, biến điều khiển. - Dựa vào định nghĩa của hệ phẳng ta có quan hệ: ()0. - )rϕ+=uyyy& Như vậy đầu ra phẳng y cần ít nhất khả vi (r+1) lần. - Mỗi thành phần của ycó 2(r+2) điều kiện biên nên nó là một đa thức có bậc ít nhất là 2r+3 với 2(r+2) hệ số. - Chương 1: Khái quát về hệ phẳng Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ kjijkkkyt aT= với 0. - Æ Ta có hệ phương trình tuyến tính 2r+4 ẩn jjraa+ ứng với mỗi thành phần của đầu ra phẳng y Với r+2 hệ số đầu jjraa+ ta dễ dàng giải được từ hệ thức trên: (),()!kkjkjiTaytk= với 0. - MM M,2,2 3jrjraa M Chương 1: Khái quát về hệ phẳng Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ . - MM *Trường hợp quỹ đạo đặt “rest to rest”: Đây là trường hợp đặc biệt khi mà điểm đầu và điểm cuối là hai điểm cân bằng của hệ, tức là ta có các đạo hàm của đầu ra phẳng tại điểm đầu và cuối là bằng 0. - Khi đó ta thay vào trường hợp tổng quát thì được quỹ đạo của đầu ra phẳng: 21,0. - Với các hệ số jjraa+ được giải từ hệ: Chương 1: Khái quát về hệ phẳng Cao Chính Hiệp – CHĐKTĐ . - MM M,0,1jjraa+⎛⎞⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠M MM 1.4 Một vài ví dụ hệ phẳng: (theo [4],[9]) Ví dụ 1: (theo [9]) Hệ tuyến tính SISO có hàm truyền mmnnnYsbbs bsGsUs a as a s s
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt