ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN ĐỨC SỸ

ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPỐK 3
ỨNG DỤNG LOGIC MỜ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 8520216

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Tiến Dũng

Phản biện 1: PGS.TS. Bùi Quốc Khánh
Phản biện 2: TS. Nguyễn Quốc Định

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa họp tại Đại học Đà Nẵng
vào ngày ..... tháng ...... năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
khoa

Srêpốk 3 góp phần rất lớn vào việc ổn định tần số hệ thống và cung
cấp nguồn điện nhanh chóng cho phụ tải Miền Nam.


2
2. Mục tiêu nghiên cứu:
Xây dựng mô hình toán học để mô tả hệ thống điều tốc nhà máy
Thủy điện Srêpốk 3;
Đề xuất cải tiến thuật toán điều khiển hiện có của nhà máy để
cải thiện chế độ khởi động;
Xây dựng mô hình và mô phỏng toàn hệ thống kết quả trên phần
mềm Matlab – Simulink để phân tích và đánh giá kết quả.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống điều tốc của nhà máy thủy
điện Srêpốk 3;
Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát hệ thống điều tốc có xét đến yếu
tố độ thay đổi cột nước H(t) của nhà máy Thủy điện Srêpốk 3;
Giới hạn của đề tải: Mô hình của hệ thống có kết nối lưới.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết;
Nghiên cứu xây dựng mô hình toán học của hệ thống điều tốc
nhà máy Thủy điện Srêpốk 3;
Dựa trên các mô hình toán học, nghiên cứu và áp dụng lý thuyết
điều khiển mờ để đề xuất cải tiến thuật toán điều khiển hệ thống điều
tốc nhằm đạt được các tín hiệu đầu ra bám theo các tín hiệu yêu cầu
với chất lượng điều khiển tốt;
Sử dụng công cụ Matlab để mô phỏng, đánh giá và rút ra kết
luận.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu và ứng dụng logic mờ vào thuật toán điều khiển hệ

b) Thông số hệ thống Turbine
1.2.4. Sơ đồ khối của hệ thống điều tốc
1.2.5. Sơ đồ hàm truyền
1.2.6. Quá trình khởi động và các chế độ làm việc của bộ điều
tốc nhà máy Srêpốk 3
a) Quá trình khởi động
b) Chế độ điều tần (frequency control)
c) Chế độ điều chỉnh công suất tác dụng (Power control)
d) Chế độ điều chỉnh độ mở cánh hướng (Opening control)


5
1.2.7. Đặc tính của bộ điều tốc
1.3. Kết luận chương 1
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU
TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPỐK 3
2.1. Đặt vấn đề
2.2. Mô hình toán các khối chức năng
2.2.1. Mô hình Turbine thủy lực
2.2.2. Mô hình Turbine với cột nước không đàn hồi
2.2.3. Tổn thất cột nước
2.2.4. Mô hình hóa hệ thống tải máy phát
2.2.5. Mô hình van hướng
2.3. Mô hình các thành phần trong hệ thống
2.3.1. Số liệu tham số và các biến quá trình trong hệ thống
2.3.2. Các phương trình động học phi tuyến của hệ thống
- Phương trình động học đường hầm:
dU 1







1
2

P m  At U  U NL H  DDam G w

(2.74)

(2.75)


6
- Chuyển động của turbine

P m  P load  (2 Hs  D)w
- Động học van hướng
dG
Tg
G u
dt
2.3.3. Mô hình tổng thể của hệ thống điều tốc
a) Mô hình cột nước và turbine

Hình 2.6. Mô hình cột nước và turbine
b) Mô hình van hướng, cột nước và turbine



Speed Control
Noload (PID)

Frequency
Feedback

Speed Isolated
Control (PID)

Frequency
Setpoint
Power Setpoint
Power Feedback

Speed Network
Controller (PID)

DOI TUONG
DIEU KHIEN

ON LOAD

Power Control
(PID)

Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống điều tốc
Việc đáp ứng nhanh của hệ thống điều tốc Nhà máy Thủy điện
Srêpốk 3 sẽ góp phần vào việc ổn định tần số và cung cấp nguồn điện
nhanh chóng cho hệ thống điện. Điều đó phụ thuộc rất nhiều vào đặc


10
Biến ngôn ngữ vào là tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển mờ
cụ thể là lượng sai lệch tốc độ điều khiển “E” và tốc độ biến thiên của
tín hiệu sai lệch tốc độ “dE”;
Biến ngôn ngữ ra “U” là đại lượng bù vào tín hiệu điều khiển
độ mở cánh hướng;
- Xác định miền giá trị vật lý của các biến ngôn ngữ vào ra;
Miền giá trị vật lý phải bao hàm hết các khả năng giá trị mà biến
ngôn ngữ vào ra có thể nhận được, ta chọn:
 E = [-0.1; 0.1];
 dE = [-0.1; 0.1];
 U = [-1; 1].
- Xác định dạng hàm liên thuộc
 Hàm liên thuộc cho sai lệch E như Hình 3.9.

Hình 3.9. Hàm liên thuộc cho sai lệch E
 Hàm liên thuộc cho sai lệch dE như Hình 3.10.


11

Hình 3.10. Hàm liên thuộc cho sai lệch dE
 Hàm liên thuộc cho đầu ra U

Hình 3.11. Hàm liên thuộc cho đầu ra U
c) Xây dựng luật hợp thành
Với 5 tập mờ của mỗi biến đầu vào, ta xây dựng được 5x5 = 25
luật điều khiển. Các luật điều khiển được biểu diễn dưới dạng mệnh
đề:

Sai lệch tốc độ (E)

U
Vi
phân
lai
lệch
tốc
độ
(dE)

NB

NM

ZE

PM

PB

NB

NB

NB

NM

NM


ZE

PM

PM

PB

PB

ZE

NM

PM

PB

PB

d) Chọn luật hợp thành: Ta chọn luật hợp thành MAX-MIN
e) Giải mờ: Giải mờ bằng phương pháp trọng tâm.


13
CHƯƠNG 4
MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Mô phỏng hệ thống điều tốc hiện tại của Nhà máy
3.1.1. Mô phỏng các phần tử của hệ thống trên MatlabSimullink



16

Hình 4.8. Đặc tính nhà máy thủy điện Srêpốk 3
Kết luận: Từ kết quả mô phỏng so sánh với đặc tính khởi động,
mang tải thực tế của nhà máy Thủy điện Srêpốk 3 tác giả nhận thấy
mô hình mô phỏng khá sát với thực tế hiện tại, do đó mô hình này có
thể sử dụng để nghiên cứu, đề xuất cải tiến thuật toán điều khiển hệ
thống điều tốc của nhà máy Thủy điện Srêpốk 3.
3.2. Mô phỏng hệ thống với thuật toán điều khiển đề xuất
4.2.1. Mô phỏng hệ thống trên Matlab-Simullink
a) Mô phỏng bộ điều khiển đề xuất trên Matlab-Simullink

Hình 4. 9. Mô phỏng bộ điều khiển trên Matlab-Simullink


17
b) Mô phỏng toàn bộ hệ thống trên Matlab-Simullink

Hình 4.10. Mô phỏng toàn bộ hệ thống trên Matlab-Simullink
4.2.2. Kết quả mô phỏng hệ thống điều tốc trên MatlabSimullink sử dụng bộ điều khiển PID kết hợp FUZZY
a) Kết quả mô phỏng chế độ khởi động
 Kết quả mô phỏng đặc tính tốc độ ở chế độ khởi động tổ máy
như Hình 4.11 và so sánh với bộ điều khiển khi chỉ sử dụng PID như
hình 4.12.

Hình 4.11. Kết quả đặc tính tốc độ khi sử dụng bộ điều khiển
PID+FUZZY


giả đã mô phỏng các phần tử của hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện
Srêpốk 3 trên Matlab-Simullink, sử dụng bộ điều khiển PID để mô
phỏng đặc tính khởi động của nhà máy Thủy điện Srêpôk 3 và kết quả
đáp ứng đầu ra mang lại khá sát với thực tế hiện tại của nhà máy. Từ
mô hình này tác giả cũng đã mô phỏng đặc tính khởi động của nhà
máy với thuật toán điều khiển để xuất và kết quả mang lại:
Ở chế độ khởi động tổ máy khi sử dụng bộ điều khiển PID kết
hợp FUZZY cho ta kết quả tốt hơn, thời gian để tốc độ tổ máy đạt giá
trị định mức là khoảng 38s so với khi chỉ sử dụng bộ điều khiển PID
là 60s.
Như vậy bộ điều khiển mới cho kết quả tốt hơn so với bộ điều
khiển củ, ngoài thời gian quá độ tốt hơn thì độ quá điều chỉnh và sai
lệch tỉnh củng rất nhỏ; đảm bảo được các tiêu chí về chất lượng điều
khiển, đáp ứng nhanh chóng công suất khi có yêu cầu nhằm góp phần
tham gia vào việc ổn định cho hệ thống điện Quốc gia.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Với việc nghiên cứu và thực hiện luận văn “ Đề xuất cải tiến
thuật toán điều khiển hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Srêpốk 3
ứng dụng logic mờ ” tác giả nhận thấy đã đạt được một số kết quả như
sau:
Đã xây dựng được mô hình toán cho các phần tử trong hệ thống
điều tốc nhà máy Thủy điện Srêpốk 3;
Nghiên cứu và ứng dụng logic mờ vào thuật toán điều khiển hệ
thống điều tốc nhà máy Thủy điện Srêpốk 3;


21
Sử dụng các mô hình toán để tổng hợp, hoàn thiện và mô phỏng
hệ thống trên phần mềm Matlab-Simullink với bộ điều khiển PID và
kết quả mang lại phù hợp với thực tế của nhà máy Thủy điện Srêpốk