Mô hình hóa và mô phỏng cấu trúc điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép khi xảy ra lỗi lưới không đỗi xứng
- 10 trang
- file .pdf
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN VĂN THẢO
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN
MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP KHI XẢY RA
LỖI LƯỚI KHÔNG ĐỖI XỨNG
2012
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... vi
DANH SÁCH BẢNG............................................................................................... vii
DANH SÁCH HÌNH VẼ......................................................................................... viii
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ x
1.Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................... x
2. Mục đích của đề tài............................................................................................. x
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... xi
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiện. ............................................................. xi
5. Cấu trúc luận văn. .............................................................................................. xi
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................ 1
MÔ HÌNH HÓA LỖI LƢỚI ĐỐI XỨNG VÀ KHÔNG ĐỐI XỨNG. ..................... 1
1.1 Một số khái niệm về các trạng thái làm việc không bình thƣờng của lƣới điện
................................................................................................................................ 1
1.2 Mô hình hóa lỗi lƣới không đối xứng............................................................ 2
1.2.1 Phép biến đổi hệ tọa độ .......................................................................... 2
1.2.2 Phép biến đổi Park của hệ thống ba pha không đối xứng. ........................ 4
1.3 Mô hình hóa lỗi lƣới đối xứng. ...................................................................... 10
CHƢƠNG 2 .............................................................................................................. 12
MÔ HÌNH MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP ................................ 12
2.1. Đặt vấn đề. .................................................................................................... 12
2.1.1.Cấu tạo của máy phát không đồng bộ nguồn kép: .................................. 13
2.1.2. Nguyên lý hoạt động MPKĐBNK ........................................................ 15
2.1.3. Phạm vi hoạt động MPKĐBNK ........................................................... 16
2.2 Mô hình toán của máy phát không đồng bộ nguồn kép. .............................. 17
i
CHƢƠNG 3 .............................................................................................................. 24
NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG
ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP ........................................................................................ 24
3.1 Tổng quan về các cấu trúc điều khiển MPĐKĐBNK ................................... 24
3.2 Cấu trúc điều khiển tuyến tính........................................................................ 25
3.2.1 Mô hình dòng rotor ................................................................................. 25
3.2.2 Điều khiển cách ly công suất tác dụng P và công suất kháng Q bằng bộ
điều chỉnh dòng hai chiều. ................................................................................ 26
3.2.3 Các biến điều khiển công suất hữu công và công suất phản kháng phía
máy phát ........................................................................................................... 28
3.3 Cấu trúc điều khiển phi tuyến ........................................................................ 30
3.3.1 Cấu trúc bộ điều khiển ............................................................................ 31
3.3.2 Bộ điều khiển tựa thụ động ..................................................................... 33
3.3.2.1 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng ird ..................................................... 34
3.3.2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng irq ..................................................... 35
3.4 Các khâu tính toán giá trị thực và đặt. ............................................................ 37
3.5 Hòa đồng bộ máy phát lên lƣới. .................................................................... 39
3.5.1 Điều kiện cùng tần số. ............................................................................ 39
3.5.2 Điều kiện trùng pha................................................................................. 41
3.5.3 Điều kiện trùng biên độ điện áp. ............................................................. 42
3.6 Mô hình và cấu trúc điều khiển phía lƣới ....................................................... 42
3.6.1 Mô hình phía lƣới ................................................................................... 42
3.6.2 cấu trúc điều khiển phía lƣới .................................................................. 45
CHƢƠNG 4 .............................................................................................................. 48
MÔ PHỎNG MỘT SỐ CHẾ ĐỘ LỖI LƢỚI........................................................... 48
4.1 Kết quả mô phỏng .......................................................................................... 48
4.1.1 Sơ đồ mô phỏng hệ thống máy phát điện sức gió ................................... 49
4.1.2 Các kết quả mô phỏng khi lỗi lƣới. ........................................................ 55
4.1.2.1 Các kết quả mô phỏng trong chế độ làm việc bình thƣờng .............. 56
4.1.2.2 Các kết quả mô phỏng của hệ thống trong chế độ làm việc lỗi lƣới
đối xứng ........................................................................................................ 58
ii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4.1.2.3 Các kết quả mô phỏng của hệ thống trong chế độ làm việc lỗi lƣới
không đối xứng ............................................................................................. 60
4.2 Kết luận và kiến nghị:.................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 64
iii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Ngoài các tài
liệu tham khảo đã đƣợc trích dẫn, các số liệu và kết quả mô phỏng, thực nghiệm
đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang là trung
thực.
Thái nguyên, ngày 15 tháng 11 năm 2012
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Thảo
iv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian hơn 2 năm học và tập nghiên cứu tại Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật
Công Nghiệp Thái Nguyên tôi đã đƣợc giao đề tài luận văn tốt nghiệp với nội
dung: “Mô hình hóa và mô phỏng cấu trúc điều khiển máy phát không đồng bộ
nguồn kép khi xảy ra lỗi lƣới không đỗi xứng”. Với sự giúp đỡ ủng hộ của các
thầy cô giáo, các bạn bè đồng nghiệp, gia đình cũng nhƣ sự nỗ lực của bản thân đến
nay tôi đã hoàn thành bản luận văn với đầy đủ nội dung của đề tài.
Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức, tài liệu tham khảo và trình độ ngoại
ngữ, đồng thời thời gian nghiên cứu không dài cũng nhƣ đây là một lĩnh vực còn
tƣơng đối mới mẻ nên bản luận văn của tôi sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót
nhất định. Tôi rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè
đồng nghiệp và những ai quan tâm đến vấn đề này để bản luận văn đƣợc hoàn chỉnh
và có ý nghĩa hơn.
Tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
Thầy giáo hƣớng dẫn GS.TSKH.Nguyễn Phùng Quang đã trang bị kiến thức,
dẫn dắt, chỉ bảo và động viên tác giả hoàn thành luận văn này.
Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy cô giáo, các cán bộ giảng dạy thuộc Khoa
Điện Trƣờng Đại học KTCN Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình
học tập cũng nhƣ nghiên cứu thực hiện luận văn.
Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và ngƣời thân đã quan tâm, động
viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn.
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Thảo
v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
BBĐ Bộ biến đổi
BĐK Bộ điều khiển.
CL Chỉnh lƣu
DFIG Double fed induction generator
ĐC Điều chỉnh
ĐK Điều khiển
J Mômen quán tính
MP Máy phát
MPKĐBNK Máy phát không đồng bộ nguồn kép
NL Nghịch lƣu
PBC Passivity – Based Control
TTGTĐ Tính toán giá trị đặt
THD Total harmonic distortion
zp Số cực đôi của máy phát
i rd ,i rq ,isd ,isq Các thành phần dòng điện rotor, stator trong hệ tọa độ dq
i r ,i r Các thành phần dòng điện stator trong hệ tọa độ
u PBC , u rqPBC Các thành phần điện áp rotor đầu ra của bộ điều chỉnh tựa theo thụ
động trong hệ tọa độ dq
rd
u rd , u rq , u sd , u sq Các thành phần điện áp rotor, stator trong hệ tọa độ dq
Lm Điện cảm hỗ cảm giữa stator và rotor
Lr Lm Lr Điện cảm rotor
Ls Lm Ls Điện cảm stator
Ls Điện cảm tản rotor
Ls Điện cảm tản stator
Rr Điện trở rotor
Rs Điện trở stator
mG Mômen máy phát
u N , us , u r Vector điện áp phia lƣới, stator, rotor
vi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 4.1.1: Các thông số của MPKĐBNK………………………………………..48
vii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN VĂN THẢO
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN
MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP KHI XẢY RA
LỖI LƯỚI KHÔNG ĐỖI XỨNG
2012
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... vi
DANH SÁCH BẢNG............................................................................................... vii
DANH SÁCH HÌNH VẼ......................................................................................... viii
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ x
1.Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................... x
2. Mục đích của đề tài............................................................................................. x
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... xi
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiện. ............................................................. xi
5. Cấu trúc luận văn. .............................................................................................. xi
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................ 1
MÔ HÌNH HÓA LỖI LƢỚI ĐỐI XỨNG VÀ KHÔNG ĐỐI XỨNG. ..................... 1
1.1 Một số khái niệm về các trạng thái làm việc không bình thƣờng của lƣới điện
................................................................................................................................ 1
1.2 Mô hình hóa lỗi lƣới không đối xứng............................................................ 2
1.2.1 Phép biến đổi hệ tọa độ .......................................................................... 2
1.2.2 Phép biến đổi Park của hệ thống ba pha không đối xứng. ........................ 4
1.3 Mô hình hóa lỗi lƣới đối xứng. ...................................................................... 10
CHƢƠNG 2 .............................................................................................................. 12
MÔ HÌNH MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP ................................ 12
2.1. Đặt vấn đề. .................................................................................................... 12
2.1.1.Cấu tạo của máy phát không đồng bộ nguồn kép: .................................. 13
2.1.2. Nguyên lý hoạt động MPKĐBNK ........................................................ 15
2.1.3. Phạm vi hoạt động MPKĐBNK ........................................................... 16
2.2 Mô hình toán của máy phát không đồng bộ nguồn kép. .............................. 17
i
CHƢƠNG 3 .............................................................................................................. 24
NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHÔNG
ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP ........................................................................................ 24
3.1 Tổng quan về các cấu trúc điều khiển MPĐKĐBNK ................................... 24
3.2 Cấu trúc điều khiển tuyến tính........................................................................ 25
3.2.1 Mô hình dòng rotor ................................................................................. 25
3.2.2 Điều khiển cách ly công suất tác dụng P và công suất kháng Q bằng bộ
điều chỉnh dòng hai chiều. ................................................................................ 26
3.2.3 Các biến điều khiển công suất hữu công và công suất phản kháng phía
máy phát ........................................................................................................... 28
3.3 Cấu trúc điều khiển phi tuyến ........................................................................ 30
3.3.1 Cấu trúc bộ điều khiển ............................................................................ 31
3.3.2 Bộ điều khiển tựa thụ động ..................................................................... 33
3.3.2.1 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng ird ..................................................... 34
3.3.2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng irq ..................................................... 35
3.4 Các khâu tính toán giá trị thực và đặt. ............................................................ 37
3.5 Hòa đồng bộ máy phát lên lƣới. .................................................................... 39
3.5.1 Điều kiện cùng tần số. ............................................................................ 39
3.5.2 Điều kiện trùng pha................................................................................. 41
3.5.3 Điều kiện trùng biên độ điện áp. ............................................................. 42
3.6 Mô hình và cấu trúc điều khiển phía lƣới ....................................................... 42
3.6.1 Mô hình phía lƣới ................................................................................... 42
3.6.2 cấu trúc điều khiển phía lƣới .................................................................. 45
CHƢƠNG 4 .............................................................................................................. 48
MÔ PHỎNG MỘT SỐ CHẾ ĐỘ LỖI LƢỚI........................................................... 48
4.1 Kết quả mô phỏng .......................................................................................... 48
4.1.1 Sơ đồ mô phỏng hệ thống máy phát điện sức gió ................................... 49
4.1.2 Các kết quả mô phỏng khi lỗi lƣới. ........................................................ 55
4.1.2.1 Các kết quả mô phỏng trong chế độ làm việc bình thƣờng .............. 56
4.1.2.2 Các kết quả mô phỏng của hệ thống trong chế độ làm việc lỗi lƣới
đối xứng ........................................................................................................ 58
ii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4.1.2.3 Các kết quả mô phỏng của hệ thống trong chế độ làm việc lỗi lƣới
không đối xứng ............................................................................................. 60
4.2 Kết luận và kiến nghị:.................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 64
iii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Ngoài các tài
liệu tham khảo đã đƣợc trích dẫn, các số liệu và kết quả mô phỏng, thực nghiệm
đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang là trung
thực.
Thái nguyên, ngày 15 tháng 11 năm 2012
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Thảo
iv
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian hơn 2 năm học và tập nghiên cứu tại Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật
Công Nghiệp Thái Nguyên tôi đã đƣợc giao đề tài luận văn tốt nghiệp với nội
dung: “Mô hình hóa và mô phỏng cấu trúc điều khiển máy phát không đồng bộ
nguồn kép khi xảy ra lỗi lƣới không đỗi xứng”. Với sự giúp đỡ ủng hộ của các
thầy cô giáo, các bạn bè đồng nghiệp, gia đình cũng nhƣ sự nỗ lực của bản thân đến
nay tôi đã hoàn thành bản luận văn với đầy đủ nội dung của đề tài.
Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức, tài liệu tham khảo và trình độ ngoại
ngữ, đồng thời thời gian nghiên cứu không dài cũng nhƣ đây là một lĩnh vực còn
tƣơng đối mới mẻ nên bản luận văn của tôi sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót
nhất định. Tôi rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè
đồng nghiệp và những ai quan tâm đến vấn đề này để bản luận văn đƣợc hoàn chỉnh
và có ý nghĩa hơn.
Tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
Thầy giáo hƣớng dẫn GS.TSKH.Nguyễn Phùng Quang đã trang bị kiến thức,
dẫn dắt, chỉ bảo và động viên tác giả hoàn thành luận văn này.
Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy cô giáo, các cán bộ giảng dạy thuộc Khoa
Điện Trƣờng Đại học KTCN Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình
học tập cũng nhƣ nghiên cứu thực hiện luận văn.
Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và ngƣời thân đã quan tâm, động
viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn.
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Thảo
v
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
BBĐ Bộ biến đổi
BĐK Bộ điều khiển.
CL Chỉnh lƣu
DFIG Double fed induction generator
ĐC Điều chỉnh
ĐK Điều khiển
J Mômen quán tính
MP Máy phát
MPKĐBNK Máy phát không đồng bộ nguồn kép
NL Nghịch lƣu
PBC Passivity – Based Control
TTGTĐ Tính toán giá trị đặt
THD Total harmonic distortion
zp Số cực đôi của máy phát
i rd ,i rq ,isd ,isq Các thành phần dòng điện rotor, stator trong hệ tọa độ dq
i r ,i r Các thành phần dòng điện stator trong hệ tọa độ
u PBC , u rqPBC Các thành phần điện áp rotor đầu ra của bộ điều chỉnh tựa theo thụ
động trong hệ tọa độ dq
rd
u rd , u rq , u sd , u sq Các thành phần điện áp rotor, stator trong hệ tọa độ dq
Lm Điện cảm hỗ cảm giữa stator và rotor
Lr Lm Lr Điện cảm rotor
Ls Lm Ls Điện cảm stator
Ls Điện cảm tản rotor
Ls Điện cảm tản stator
Rr Điện trở rotor
Rs Điện trở stator
mG Mômen máy phát
u N , us , u r Vector điện áp phia lƣới, stator, rotor
vi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 4.1.1: Các thông số của MPKĐBNK………………………………………..48
vii
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn