Luận án Tiến sĩ: Điều khiển tần số thông minh trong hệ thống điện đa nguồn phát

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐOÀN DIỄM VƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ THÔNG MINH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐA NGUỒN PHÁT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2023 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐOÀN DIỄM VƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ THÔNG MINH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ĐA NGUỒN PHÁT Ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYỄN NGỌC KHOÁT 2. THÁI QUANG VINH Hà Nội - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin trích dẫn trong luận án đã được liệt kê đầy đủ và được chỉ rõ nguồn gốc.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Tập thể người hướng dẫn Hà Nội, ngày 29 tháng 6 năm 2023 Nghiên cứu sinh TS. Nguyễn Ngọc Khoát Đoàn Diễm Vương PGS. Thái Quang Vinh ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn và lòng kính trọng đối với những người thầy hướng dẫn bởi những chỉ dẫn quý báu về định hướng nghiên cứu để tôi có thể hiểu rõ hơn về đối tượng nghiên cứu để đưa ra những giải thuật điều khiển tốt nhất nhằm ổn định tần số hệ thống điện đa máy phát kết nối.

Hà Nội, ngày 29 tháng 6 năm 2023 Nghiên cứu sinh Đoàn Diễm Vương iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. v DANH MỤC BẢNG .vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. viii MỞ ĐẦU .Tính cấp thiết của đề tài .Mục đích luận án và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu .Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .Bố cục của luận án.

4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ .Điều khiển tần số trong hệ thống điện đa kết nối.Phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu đã công bố ở trong và ngoài nước9 1.Kết luận chương 1. 21 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Mô hình hóa hệ thống điện đa kết nối .Bộ điều tốc. Tua bin gió.

Năng lượng mặt trời. Máy phát và tải. Cấu trúc hệ thống điện đơn vùng. Cấu trúc hệ thống nhiều vùng.

Cơ sở lý thuyết điều khiển. Bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển thích nghi. Bộ điều khiển mờ.

Các phương pháp tối ưu. Kết luận chương 2. 57 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HÀM GAUSS CHO BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ. Thiết kế bộ điều khiển thích nghi hàm Gauss sử dụng Lyapunov.

Đáp ứng của hệ thống điện khi sử dụng bộ điều khiển thích nghi hàm Gauss. Kết luận chương 3. 67 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐA NGUỒN PHÁT. Thiết kế bộ điều khiển mờ - PID ổn định tần số hệ thống điện đa kết nối.

Thiết kế bộ điều khiển. Mô phỏng và kết quả. Thiết kế bộ điều khiển mờ - PSO - PID. Thiết kế bộ điều khiển.

Mô phỏng và kết quả. Kết luận chương 4. 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Đánh giá kết quả nghiên cứu .Hướng phát triển của nghiên cứu.

97 v DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Proportional Integral Thuật toán tỉ lệ- tích phân – 1 PID Derivative vi phân Fuzzy Proportional 2 FPID Thuật toán mờ-PID Integral Derivative Fuzzy Observer 3 FOPID Proportional Integral Thuật toán mờ-PID quan sát Derivative hybrid Particle Swarm Thuật toán lai tối ưu hóa bầy 4 hPSO-PS Optimization - Pattern đàn và tìm kiếm mẫu Search Bacterial Foraging Thuật toán tìm kiếm tối ưu 5 BFOA Optimization Algorithm hóa vi khuẩn 6 GA Genetic Algorithm Thuật toán di truyền Adaptive Neuro-Fuzzy Thuật toán lai mờ nơ ron 7 ANFIS Inference System thích nghi High-Voltage Direct 8 HVDC Truyền tải cao áp một chiều Current 9 VSS Hệ thống cấu trúc biến đổi 10 FGS Fuzzy Gain-Scheduling Điều chỉnh thông số mờ 11 ZN Ziegler–Nichols Thuật toán tối ưu bầy sói 12 GWO Grey Wolf Optimization xám Quasi-Oppositional Grey Thuật toán tối ưu bầy sói 13 QOGWO Wolf Optimization xám tựa đối lập Cuckoo 14 COA Thuật toán tối ưu chim cucco Optimization Algorithm Terminal Sliding Mode 15 T-SMC Điều khiển trượt đầu cuối Control 16 LFC Load Frequency Control Điều khiển tần số tải 17 GDB Governor Deadband Dải chết của máy điều tốc Generation Rate 18 GRC Giới hạn công suất phát Constraint Particle Swarm 19 PSO Tối ưu bày đàn Optimization Renewable Energy 20 RESs Các nguồn năng lượng tái tạo Sources 21 BIA Bat inspired algorithm Thuật toán loài dơi 22 LQ Linear Quadratic Toàn phương tuyến tính 23 MPC Model Predictive Bộ điều khiển dự báo mô vi Controller hình Biogeography-Based Tối ưu hóa dựa trên địa lý 24 BBO Optimization sinh học 25 MO Many-Objective Đa mục tiêu Differential Evolution and Thuật toán lai bầy đàn và 26 DEPSO Particle Swarm tiến hóa vi phân Optimisation Algorithm Fractional Order Control Điều khiển đa tầng theo thứ 27 FOC tự Backtracking Search Thuật toán tìm kiếm quay lùi 28 BSA Algorithm Gravitational search Thuật toán tìm kiếm hấp dẫn 29 GSA algorithm Thuật toán tối ưu hóa theo Butterfly Optimization 30 BOA đàn bướm Algorithm Plug-in Hybrid Electric 31 PHEVS Xe điện lai Vehicles 32 MBA Mine Blast Algorithm Thuật toán nổ mìn Imperialist Competitive Thuật toán cạnh tranh 33 ICA Algorithm Bộ lưu trữ năng lượng từ Superconducting 34 SMES trường siêu dẫn Magnetic Energy Storage Phương pháp tối ưu hóa 35 HHO Harris Hawks Optimizer Harris Hawks Differential Evolution and Thuật toán lai tiến hóa dị biệt 36 DE-PSO Particle Swarm và Tối ưu hóa bầy đàn Optimization Multi-objective Uniform Giải thuật di truyền đa mục 37 MUGA diversity Genetic tiêu Algorithm Improved Grey Wolf Thuật toán tối ưu bày sói 38 IGWO Optimizer xám phát triển Flower Pollination 39 FPA Thuật toán thụ phấn hoa Algorithm vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2. 1: Thông số hệ thống điện hai vùng [71]. 2: Thông số hệ thống điện ba vùng [71]. 1: Luật mờ cho Kp’.

2: Luật mờ cho Kd ‘. 3: Luật mờ cho α. 4: Thông số của các bộ điều khiển khi nhiễu tải là hàm bước. 5: Thông số của các bộ điều khiển khi nhiễu tải là hàm xung.

6: Thông số của các bộ điều khiển khi nhiễu tải là hàm ngẫu nhiên. 7: Thông số của các bộ điều khiển khi nhiễu tải là hàm sin. 8: Các thông số hệ thống thay đổi khi hoạt động. 9: Thông số của các bộ điều khiển khi hệ thống có tồn tại thời gian trễ.

10: Thông số của các bộ điều khiển khi nhiễu tải là hàm bước. 11: Thông số của các bộ điều khiển khi nhiễu tải là hàm xung. 12: Thông số của các bộ điều khiển khi nhiễu tải là hàm ngẫu nhiên. 13: Thông số của các bộ điều khiển khi nhiễu tải là hàm sin.

14: Bảng luật mờ. 15: Các trường hợp mô phỏng. 16: Thông số PSO. 17: Các hệ số của bộ điều khiển .89 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.

1: Cấu trúc cơ bản của hệ thống điện đơn vùng. 2: Hệ thống điện đa liên kết nhiều vùng. 3: Cấu trúc điều khiển tần số - phụ tải chống lại GRC [76]. 4: Bộ SMLFC cho hệ thống điện có hai vùng liên kết [81].

5: Cấu trúc điều khiển PID – Mờ cho hệ thống [59]. 1: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển công suất [62]. 2: Mô hình hóa bộ điều tốc. 3: Mô hình hóa tuabin không hồi nhiệt.

4: Mô hình hóa tuabin hồi nhiệt. 5: Mô hình máy phát và tải [62]. 6: Sơ đồ khối máy phát theo mô-men [62]. 7: Sơ đồ khối máy phát theo công suất [62].

8: Sơ đồ khối của máy phát và tải [62]. 9: Cấu trúc tổ máy nhiệt điện tua bin không hồi nhiệt. 10: Cấu trúc tổ máy nhiệt điện tua bin hồi nhiệt. 11: Cấu trúc tổ máy thủy điện.

12: Sơ đồ cấu trúc GRC. 13: Cấu trúc hệ thống điện đơn vùng tua bin không hồi nhiệt có GDB và GRC. 14: Cấu trúc hệ thống điện đơn vùng tua bin hồi nhiệt có GDB và GRC. 15: Cấu trúc hệ thống điện đơn vùng tua bin thủy lực có GDB.

16: Hệ thống điện hai vùng [62]. 17: Mô hình tương đương hệ thống điện kết nối hai vùng [62]. 18: Cấu trúc hệ thống điện hai vùng phi tuyến [71]. 19: Cấu trúc hệ thống điện hai vùng phi tuyến có xét đến năng lượng tái tạo.

20: Đáp ứng sai lệch tần số vùng một khi chưa có bộ điều khiển. 21: Đáp ứng sai lệch tần số vùng hai khi chưa có bộ điều khiển. 22: Mô hình không gian trạng thái hệ thống điện hai vùng tua bin không hồi nhiệt. 23: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện ba vùng.

24: Cấu trúc hệ thống điện ba vùng. 25: Đáp ứng sai lệch tần số vùng 1 khi chưa có bộ điều khiển. 26: Đáp ứng sai lệch tần số vùng 2 khi chưa có bộ điều khiển. 27: Đáp ứng sai lệch tần số vùng 3 khi chưa có bộ điều khiển.

28: Hệ thống điều khiển thích nghi trực tiếp. 29: (a) Trạng thái cân bằng ổn định. 30: Hàm liên thuộc. 31: Phương pháp trọng tâm.

32: Phương pháp trung bình cực đại. 33: Phương pháp độ cao. 34: Phương pháp trung bình trọng số. 35: Phương pháp phân vùng nhau.

36: Phương pháp cận trái/phải của cực đại. 37: Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ. 1: Cấu trúc hệ thống điều khiển thích nghi hàm Gauss. 2: Đáp ứng sai số tần số vùng 1 trong trường hợp 1.

3: Đáp ứng sai số tần số vùng 2 trong trường hợp 1. 4: Đáp ứng sai số tần số vùng 1 trong trường hợp 2. 5: Đáp ứng sai số tần số vùng 2 trong trường hợp 2. 1: Cấu trúc của bộ điều khiển Mờ - PID.

2: Hàm liên thuộc của ACE và ΔACE. 3: Hàm liên thuộc của K p' và K d '. 4: Hàm liên thuộc của α. 5: Các dạng nhiễu tải.

6: Đáp ứng sai số vùng 1(a), sai số vùng 2(b) khi nhiễu tải là hàm bước. 7: Tiêu chuẩn điều khiển IATE, ISTE của các phương pháp điều khiển. 8: Đáp ứng sai số tần số vùng 1(a), sai số tần số vùng 2(b) khi nhiễu tải là hàm xung. 9: Tiêu chuẩn điều khiển IATE, ISTE của các phương pháp điều khiển .