BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ SỸ THANH

NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG
ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN BUÔN KUỐP
ỨNG DỤNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hoá
Mã số:
60 52 02 16

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2016


Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ TIẾN DŨNG

Phản biện 1 : TS. NGUYỄN LÊ HÒA

Phản biện 2 : TS. NGUYỄN HOÀNG MAI

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp thạc
sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 8 năm 2016

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

thống điều tốc của nhà máy thủy điện Buôn Kuốp ằng các phư ng
trình biểu diễn sự ảnh hưởng của độ đàn hồi l n đường ống áp lực...
ô phỏng quá trình điều khiển ộ điều tốc dựa tr n các phư ng trình
toán học mô tả hệ thực s dụng phần mềm

atla -Simulink.

Sau đó kiểm nghiệm và điều chỉnh mô hình để mô tả gần với
thống thực.


2
Tr n c sở đó, tạo mô hình phục vụ cho quá trình nghi n cứu,
học tập, áp dụng th nghiệm các phư ng án cải tiến nhằm nâng cao
chất lượng hoạt động của hệ điều tốc tại nhà máy.
Trong phạm vi của cuốn luận văn này với đề tài Tôi nghiên
cứu là: “Nâng cao chất lượng hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện
buôn kuốp ứng dụng trí tuệ nhân tạo” được thực hiện nhằm năng cao
chất lượng động học của hệ thống điều khiển Tuabin thuỷ lực nhà
máy thuỷ điện Buôn Kuốp, góp phần cải thiện chất lượng điện năng
của hệ thống điện.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng được mô hình toán học của hệ thống điều tốc nhà
máy Thủy điện Buôn Kuốp mô tả sát với hệ thống thực tại nhà máy.
Đề xuất được thuật toán điều khiển ứng dụng trí tuệ nhân tạo
để nâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống điều tốc nhà máy
Thủy điện Buôn Kuốp có xét đến lực cản và các thành phần bất định
khác.
Xây dựng mô hình và mô phỏng toàn bộ hệ thống trên Matlab
– Simulink.

lượng hệ thống điều tốc
Chư ng 4. Mô phỏng và kiểm nghiệm
6. Tổng quan tài liệu tham khảo
[5] Các tác giả “Paolo Pennacchi, Steven Chatterton n, Andrea
Vania” đã nguy n cứu Mô hình hóa phản ứng động học xảy ra của
tuabin Francis.
[8] Tác giả FP de Mello cùng các cộng sự đã nguy n cứu về
turbine thuỷ lực và nguyên cứu các phư ng pháp điều khiển có xét
đến các phần t thủy lực trong đường hầm có xét đến tính đàn hồi.
[10] Các tác giả Đặng Trung Thi, L Đức Dũng, Đoàn Quang
Vinh xét đến hiệu ứng đàn hồi của cột nước trong ống áp lực được
biểu diễn bằng hàm toán học vô tỷ.


4
CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN, NHÀ MÁY THỦY
ĐIỆN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC BUÔN KUỐP
1.1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA VIỆT NAM
VÀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN BUÔN KUỐP
1.1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm công trình Nhà máy thủy
điện Buôn Kuốp
Nhà máy thủy điện Buôn Kuốp thuộc các xã Nam Đà huyện
Krông Knô, xã Eana huyện Krông Ana thuộc tỉnh Đ k Nông, xã Hòa
Phú thuộc thành phố Buôn Mê Thuột, tỉnh Đ k L k.
Nhà máy thủy điện Buôn Kuốp được phép xây dựng theo văn
bản số 1107/CP-CN ngày 19/8/2003 của Thủ tướng Chính phủ. Đây
là một công trình thuộc bậc thang thủy điện trên sông Srêpôk.
Công trình thủy điện Buôn Kuốp nằm trên sông Srêpôk là bậc

KUỐP
1.2.1. Chức năng và cấu tạo
Hệ thống điều tốc có các chức năng là Tự động khởi động tổ
máy, điều chỉnh tần số để hòa tổ máy vào lưới khi có lệnh chạy máy,
Ổn định tốc độ tổ máy khi không tải, khi hòa lưới và khi mất tải đột
ngột, dừng máy ình thường và dừng khẩn cấp khi có sự cố.
1.2.2. Sơ đồ khối của hệ thống điều tốc.
1.2.3. Hệ thống điều khiển
a. Tủ điều khiển GEC 431
b. Khối tác động AU
c. Cơ cấu phản hồi độ mở cánh hướng
d. Hệ thống dừng khẩn cấp Emergency tổ máy (ECS)
e. Thiết bị bảo vệ vượt tốc cơ
f. Thiết bị phụ (Bộ lọc dầu điều tốc)
g. Hệ thống dầu điều khiển
1.2.4. Quá trình khởi động/dừng máy, các chế độ làm việc
và chức năng của hệ thống
a. Quá trình khởi động tổ máy
b. Quá trình điều chỉnh tốc độ trong khi hòa đồng bộ tổ máy
c. Các vòng lặp điều khiển của hệ thống điều tốc


6
CHƢƠNG 2

MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY
THUỶ ĐIỆN BUÔN KUỐP
2.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ

kích thước sao cho khi làm việc với cột nước 1 mét thì có thế phát ra
công suất bằng một mã lực (736KW).
Công thức tính toán của hệ số tỷ tốc ns như sau:
√



(2.5)

Tỷ lệ phản ứng γ.

Tỷ lệ phần ứng được xác định thành phần áp năng tham gia
vào quá trình chuyển hóa năng lượng trong phạm vi tuabin.


7
(2.6)
Trong đó: p1: là áp lực của nước trước khi đi qua tua in
p2: áp lực sau khi đi qua tua in.
Đối với tua in xung kích thì γ=0 (p1=p2).
b. Phương trình động học cơ bản của tuabin
Công suất của loại tua in Francis trong N TĐ.
Như công thức (2.4) ta có
(2.7)
Ở hệ đ n vị tư ng đối, công suất tuabin có thể biểu diễn như
sau :

̅ ̅

̅


̅
̅ )

(2.10)

Hệ số khuất đại tuabin At được tính từ tỷ lệ góc mở hiệu dụng
của góc mở thực tế của van hướng, có xét đến sự rành buộc về
momen trên trục tuabin và trục máy phát, được tính theo biểu thức
đưới đây[11].
(2.11)
Trong đó Gfl và Gnl là vị trí van hướng khi tuabin vận hành đầy
tải và không tải. Pt.rate và PG.rate là công suất định mức của tuabin và
của máy phát.


8
Viết ở hệ đ n vị tư ng đối.
̅

̅√ ̅  ̅

̅√ ̅

(2.12)

(2.12) có s dụng đến quan hệ Q,U trong hệ đ n vị tư ng đối :
=> ̅

̅


d m
 Tmec  Telec
dt

(2.17)
Phư ng trình 2.16 có thể được chuẩn hoá bằng quan hệ trong
hệ đ n vị trư ng đối của hằng số quán tính H. Gọi m0 là vận tốc góc
định mức nên ta có.

J 2m0
H
2.V .Acb

(2.18)


9

2.H .VAcb d m
.
 Tmec  Telec
2m 0
dt

(2.19)
Quan hệ giữa vận tốc góc điện [rad/s] với vận tốc góc của
roto được tính như sau



V .A cb
m 0

Với P=T. do vậy công thức 2.20 được theo quan hệ giữa
công suất c và công suất điện với dao động nhỏ quanh điểm làm
việc và bỏ qua thành phần bậc 2, ta có.










 T  r 0 T  r T0












(2.22)



T mec  T elec  2.H .



d  r
dt

(2.25)


10
Do ta xét hệ quanh điểm làm việc n n phư ng trình 2.24 được
viết lại như sau:




T mec  T elec



d r
 2.H .
dt

(2.26)

2.2.2. Mô hình cánh hƣớng

̅

̅

̅

̅

-

̅

̅

∫̅

(2.86)

|̅ |

(2.87)

̅ |̅ |

(2.88)

Phư ng trình động học của đường ống áp lực
̅
̅



) ̅

̅

) ̅
̅

̅

̅

(2.90)

- Trường hợp không xét đến hiệu ứng cột nước đàn hồi
hàm tanh(Tep.s)Tep.s
̅

-

̅

̅

(2.91)

Phư ng trình động học của tuabin
̅

-


̅

̅

(2.94)

Phư ng trình chuyển động của tuabin
̅

-

̅


̅

̅


̅

(2.95)

Phương trình động học van hướng
̅

̅=̅

(2.96)


H0

Dong hoc duong ham

H12

f p2

-

UC

+

1
Twc .S

-

Dong hoc thap dieu ap
+

Us

Hr

1
Cs . S



Pload

Ht

-

1
2.H.s
D

.(G)

G

1
s

1
Tg

+

u

G

-

Dong hoc canh huong

Hình 3.2. Sơ đồ khối chức năng các bộ điều khiển mờ.
a. Khâu mờ hóa
b. Khâu thực hiện luật hợp thành
c. Khâu giải mờ
d. Tối ưu hóa hệ thống


15
3.2.

ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN MỜ NÂNG

CAO CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC
3.2.1. Đề xuất phƣơng án
Đặc điểm của một hệ thống là pha không cực tiểu bởi quán
tính của nước, khi có sự thay đổi về góc mở van dẫn nước vào tuabin
thì đáp ứng của nó là công suất c tr n trục tuabin ở giai đoạn đầu
của quá độ sẽ có hướng ngược lại tác động của van. Trong khi đó các
bộ điều khiển PID được thiết cho một điểm làm việc, do đó theo thời
gian việc ổn định tốc độ sẽ ảnh hướng theo. Do vậy s dụng bộ điều
khiển mờ để thay thế bộ điều khiển PID nhằm kh c phục yêu cầu
trên.
Cấu trúc bộ điều khiển đề xuất như hình 3.6.

Hình 3.6. Sơ đồ khối điều khiển thay thế bộ điều khiển mờ
3.2.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ
a. Cấu trúc bộ điều khiển mờ
Cấu trúc ộ điều khiển được thể hiện như hình vẽ 3.17.

Hình 3.7. Cấu trúc bộ điều khiển mờ

E’ = NB NM Z PM PB



U = NB NM Z PM PB

Trong đó:

-

+ NB

: Âm nhiều

+ NM

: Âm vừa

+ Z

: Zero

+ PM

: Dư ng vừa

+ PB

: Dư ng lớn


nhiều
Âm
nhiều

Không

Âm vừa

Dƣơng
vừa
Dƣơng
nhiều

Âm
vừa
Âm
nhiều
Âm
vừa
Âm
vừa

Âm vừa

Không

Không

Âm
vừa

vừa
Dư ng
nhiều
Dư ng
nhiều

d. Chọn luật hợp thành
Từ các luật điều khiển trên chọn luật hợp thành Max-min
có kết quả như hình 3.12.
e. Giải mờ
Theo trên ta có miền xác định của các giá trị mờ đầu ra là miền
liên thông nên sẽ giải mờ theo phư ng pháp trọng tâm.

Hình 3.12. Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ


19
CHƢƠNG 4
MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM
4.1.

TRƢỜNG HỢP CHƢA CÓ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
4.1.1. Mô hình các phần tử trong hệ thống thuỷ lực

Hình 4.1. Sơ đồ mô phỏng hệ thống thuỷ lực.
a. Mô hình đường ống dẫn nước
b. Mô hình tháp điều áp
c. Mô hình đường ống áp lực
d. Mô phỏng secvor cánh hướng


1

0

-1
Thoi diem hoa luoi
-2

0

200

400

600

Thoi diem dong tai t1

luu luong nuoc qua thap dieu ap[pu]

800
1000
1200
Time (seconds)

1400

1600

1800

100

200

300

400
500
600
Time (seconds)

700

800

Hình 4.9. Quá trình khởi động tổ máy


22
c. Đáp ứng các chế độ làm việc của tổ máy
Dap ung dieu khien cac che do lam viec cua nha may
1.2

Toc do

1
Cong suat Pmec
0.8

data


KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ
4.2.1. Mô hình bộ điều khiển tuabin với bộ điều khiển mờ

Hình 4.12. Sơ đồ mô phỏng điều khiển tuabin bằng bộ điều khiển mờ


23
4.2.2. Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển mờ
Qua trinh khoi dong to may voi bo dieu khien mo
1.2

1

He don vi tuong doi[pu]

0.8
Toc do to máy[pu]
0.6
Do mo canh huong[pu]
0.4

0.2

0

-0.2

0