Đề xuất cải tiến thuật toán điều khiển hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Srêpốk 3 ứng dụng logic mờ

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1 115 
ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC 
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SRÊPỐK 3 ỨNG DỤNG LOGIC MỜ 
PROPOSING AN IMPROVED CONTROL ALGORITHM FOR THE GOVERNANCE SYSTEM 
OF SREPOK 3 HYDROPOWER PLANT USING FUZZY LOGIC SYSTEM 
Trần Đức Sỹ1, Mai Đình Thành1, Lê Tiến Dũng2* 
1Công ty Thủy điện Buôn Kuốp; syatd5@gmail.com, dinhthanh24@gmail.com 
2Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; ltdung@dut.udn.vn 
Tóm tắt - Nhà máy Thủy điện Srêpốk 3 nằm trong hệ thống thủy 
điện bậc thang trên sông Srêpốk, góp phần quan trọng trong việc 
cung cấp năng lượng điện cho lưới điện quốc gia. Trong bài báo 
này, các tác giả thực hiện nghiên cứu xây dựng mô hình toán học 
của hệ thống điều tốc Nhà máy Thủy điện Srêpốk 3 trên cơ sở giữ 
nguyên các bản chất phi tuyến của hệ thống để mô hình mô tả sát 
với thực tiễn. Dựa trên cơ sở mô hình toán học và sự hiểu biết về 
bản chất hệ thống, kinh nghiệm vận hành, quản lý nhà máy, các 
tác giả đề xuất một phương án cải tiến thuật toán điều khiển hệ 
thống điều tốc Nhà máy Thủy điện Srêpốk 3 sử dụng logic mờ. 
Hiệu quả của thuật toán đề xuất được thử nghiệm bằng mô phỏng 
trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả cho thấy đặc tính khởi 
động của hệ thống đã được cải thiện tốt, đáp ứng nhanh chóng 
công suất đặt. 
Abstract - Srepok 3 Hydropower Plant is located on the terraced 
hydropower system on the Srepok river, contributing significantly 
to the supply of electricity to the national grid. In this paper, the 
authors have conducted a study to construct mathematical model 
of the governance system of the Srepok 3 hydropower plant on the 
basis of maintaining the nonlinear nature of the system so that the 
model is close to reality. Based on a mathematical model and an 
understanding of the system, operation experience and plant 
management, the authors propose a method for improving the 
control algorithm for the governance system of Srepok 3 
hydropower plant using fuzzy logic. The effect of the proposed 
algorithm is tested through simulation on the Matlab/Simulink. The 
results show that the startup characteristic of the system has been 
improved, responding quickly to the setup power. 
Từ khóa - nhà máy thủy điện; hệ thống điều tốc; logic mờ; mô hình 
hóa; mô phỏng. 
Key words - hydropower plant; governance system; fuzzy logic; 
modeling; simulation. 
1. Đặt vấn đề 
Cho đến nay, các nhà máy thủy điện vẫn đóng một vai 
trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng điện trên 
toàn cầu. Theo thống kê, lượng điện năng do các nhà máy 
thủy điện sản xuất và cung ứng chiếm khoảng 19% tổng 
năng lượng điện của toàn cầu [1]. Tại Việt Nam, sau hơn 
30 năm đổi mới, thủy điện đóng vai trò vô cùng to lớn trong 
sự phát triển kinh tế của đất nước, là một cấu phần quan 
trọng của ngành điện đảm bảo cung ứng điện cho quá trình 
hội nhập kinh tế quốc tế. Theo quy hoạch, đến năm 2020, 
tổng công suất các nguồn thủy điện sẽ đạt khoảng 21.600 
MW, khoảng 24.600 MW vào năm 2025 và 27.800 MW 
vào năm 2030. Điện năng sản xuất từ nguồn thủy điện 
chiếm tỷ trọng tương ứng là 29,5 - 20,5% và 15,5%. Như 
vậy, có thể nói, đến thời điểm hiện tại và cả tương lai gần, 
thủy điện vẫn là một trong ba nguồn năng lượng chính đáp 
ứng nhu cầu điện quốc gia [2]. 
Với một vai trò quan trọng kể trên, việc nghiên cứu 
nâng cao chất lượng hoạt động của các nhà máy thủy điện 
luôn được các tổ chức năng lượng, các công ty trong lĩnh 
vực điện năng, các trường đại học và các nhà khoa học quan 
tâm thực hiện. Trong nhà máy thủy điện thì hệ thống điều 
tốc đóng vai trò quan trọng. Trên thế giới đã có nhiều công 
trình nghiên cứu đi trước đề xuất các giải pháp khác nhau 
để mô hình hóa và nâng cao chất lượng hệ thống điều tốc. 
Trong bài báo [3], một số mô hình toán học khác nhau của 
các loại tua-bia thủy lực đã được đề xuất cho mục đích 
nghiên cứu và thiết kế các thuật toán điều khiển. Một công 
cụ mô phỏng cho các nhà máy thủy điện đã được xây dựng 
dựa trên phần mềm Matlab/Simulink và đã được trình bày 
trong bài báo [4]. Bên cạnh đó, một thuật toán điều khiển 
PI kết hợp với logic mờ đã được đề xuất để nâng cao chất 
lượng điều khiển cho nhà máy thủy điện ở Thổ Nhĩ Kỳ [5]. 
Ngoài ra, trong các nghiên cứu [6 - 9], các kỹ thuật, 
thuật toán điều khiển hiện đại đã được áp dụng để đề xuất 
các phương pháp mô hình hóa và điều khiển hệ thống điều 
tốc nhà máy thủy điện cho các trường hợp cụ thể. 
Tại Việt Nam, cũng đã có các công trình nghiên cứu 
nâng cao chất lượng hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện. 
Một số công trình nghiên cứu có thể kể đến như đề xuất 
thuật điều khiển bền vững H∞ [10] để điều khiển ổn định 
tốc độ tua-bin nhưng lại xem hệ thống là tuyến tính; đề xuất 
phương án điều khiển có xét đến hiệu ứng đàn hồi của cột 
nước trong ống áp lực [11]. Tuy nhiên, các phương pháp 
này đều đơn giản hóa mô hình toán học của hệ thống và 
xem hệ là tuyến tính. 
Trong bài báo này, các tác giả thực hiện nghiên cứu xây 
dựng mô hình toán học của hệ thống điều tốc Nhà máy Thủy 
điện Srêpốk 3 trên cơ sở giữ nguyên các bản chất phi tuyến 
của hệ thống để mô hình mô tả sát với thực tiễn. Dựa trên cơ 
sở mô hình toán học và sự hiểu biết về bản chất hệ thống, 
kinh nghiệm vận hành, quản lý nhà máy, các tác giả đề xuất 
một phương án cải tiến thuật toán điều khiển hệ thống điều 
tốc Nhà máy Thủy điện Srêpốk 3 sử dụng logic mờ. Các mô 
phỏng để kiểm chứng sự hiệu quả của phương pháp đề xuất 
được thực hiện trên phần mềm Matlab/Simulink. 
Các phần còn lại của bài báo được tổ chức như sau: Mục 
2 sẽ trình bày về xây dựng mô hình toán học của hệ thống 
điều tốc Nhà máy Thủy điện Srêpốk 3; Phương án cải tiến 
thuật toán điều khiển hệ thống điều tốc Nhà máy Thủy điện 
Srêpốk 3 sử dụng logic mờ được trình bày trong Mục 3; 
Chi tiết của các thành phần trong bộ điều khiển mờ được 
116 Trần Đức Sỹ, Mai Đình Thành, Lê Tiến Dũng 
trì