Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ phát điện bằng sức gió có công suất 10 - 30KW phù hợp với điều kiện Việt Nam

và DSP. Các trình tự đó bao gồm: nạp firmware vào RAM của DSP, xóa FlashROM, ghi firmware vào FlashROM và cuối cùng là kiểm tra và thông báo kết quả của quá trình nạp. Cũng giống như truyền thông trong chế độ thu thập dữ liệu giám sát, trong chế độ này có thể dung lượng của khối dữ liệu cần vận chuyển qua PLC để nạp 7 Chẩn đoán – giám sát từ xa thực trạng vận hành hệ thống thiết bị điều khiển 266 vào FlashROM của DSP lớn hơn 5kByte dung lượng tối đa của bộ nhớ PLC S7- 200 CPU226. Khi đó khối dữ liệu firmware cũng sẽ được phân chia thành nhiều khối con nhỏ phù hợp cho mỗi phiên truyền thông giữa các trạm. Các bước thực hiện đó được thể hiện rõ ở hình 7.60. H×nh 7.58 Cấu trúc phần mềm ở chế độ Boot H×nh 7.59 Cửa sổ phân tích file *.out 7.5 Tài liệu tham khảo của chương 7 267 H×nh 7.60 Trình tự theo thời gian khi nạp firmware mới từ PC xuống DSP 7.5 Tài liệu tham khảo của chương 7 [1] Phạm Trung Kiên: Nghiên cứu, đề xuất và thực hiện các phương pháp Điều khiển – Giám sát – Chẩn đoán thực trạng vận hành từ xa cho trạm phát điện chạy sức gió thuộc đề tài KC.06.20CN. Luận văn Cao học, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2006 7 Chẩn đoán – giám sát từ xa thực trạng vận hành hệ thống thiết bị điều khiển 268 [2] Phạm Trung Kiên, Nguyễn Phùng Quang: Giám sát thực trạng vận hành và chẩn đoán lỗi từ xa hệ thống phát điện chạy sức gió thuộc đề tài KC.06.20CN. Chuyên san “Kỹ thuật Điều khiển tự động”, số 6(4)2006, tr. 51 – 57, tạp chí Tự động hóa ngày nay [3] Pueget R., Courtine S., Rognon J.P.: Fault Detection and Isolation on a PWM Inverter by Knowledge-based Model. IEEE Trans. on IA, Vol. 34, No. 6, pp. 1318 – 1325 [4] Abramik S., Sleszynski V., Nieznanski J., Piquet H.: A Diagnostic Method for On-Line Fault Detection and Localization in VSI-Fed Drives. EPE2003, 10th European Conference on Power Electronics and Applications, Toulouse, France, 2003 [5] Kastha D., Bose B.K.: Investigation of Fault Modes of Voltage-Fed Inverter Systems for Induction Motor Drives. IEEE Trans. on IA, Vol. 30, No. 4, pp. 1028 – 1038 [6] Fuchs F.W.: Some Diagnosis Methods for Voltage Source Inverters in Variable Speed Drives with Induction Machines – A Survey. IEEE Industrial Electronics Conference, Roanoke, Virginia, USA [7] Mendes A.M.S., Cardoso A.J.M.: Fault Diagnosis in a Rectifier – Inverter System Used in Variable Speed AC Drives by the Average Current Park´s Vector Approach. EPE99, 8th European Conference on Power Electronics and Application, Lausanne [8] Nandi S., Toliyat H.A.: Condition Monitoring and Fault Diagnosis of Electrical Machines – A Review. 35th IEEE-ISA Annual Meeting, Vol. 1, pp. 197 - 204 8 Cấu trúc bù cosϕ cho tải ở chế độ ốc đảo Chúng ta biết rằng trong hệ thống điện, khi hệ số công suất cosϕ của phụ tải thấp sẽ dẫn đến những hậu quả: hiệu quả truyền tải năng lượng thấp, tổn thất biến đổi năng lượng lớn, tăng điện áp rơi trên mạng phân phối. Do đó việc nâng cao cosϕ là một bài toán bắt buộc và có ý nghĩa lớn. Chương này giới thiệu một phương pháp ĐK bù hệ số công suất cosϕ cho lưới phụ tải của hệ thống PĐCSG ở dải công suất 10-30kW thông qua thay đổi tần số lưới phụ tải trong phạm vi cho phép, từ đó thiết kế bộ ĐK. Các mô phỏng được thực hiện trên phần mềm PLECS và MATLAB & Simulink để kiểm chứng tính đúng đắn, chuẩn bị cho công tác cài đặt trên thiết bị. 8.1 Mô hình phụ tải Lưới phụ tải 3 pha được tính từ đầu ra của bộ NL nguồn áp cho đến phụ tải tiêu thụ 3 pha (hình 8.1). H×nh 8.1 Mô hình lưới phụ tải khi hệ thống PĐCSG hoạt động ở chế độ ốc đảo Lưới bao gồm các thành phần sau: • Cuộn kháng LD, lọc các sóng hài bậc cao của dòng điện cấp ra lưới. • Tụ lọc Cf , lọc các sóng hài bậc cao của điện áp cấp ra lưới. • Biến áp 3 pha, biến đổi điện áp cung cấp thành giá trị phù hợp cho tải tiêu thụ (220V/380V), ngoài ra máy biến áp còn có tác dụng cách ly về điện giữa phần phụ tải tiêu thụ và hệ thống máy phát điện. • Phụ tải tiêu thụ 3 pha. Giả thiết cuộn kháng LD có thành phần điện trở RD và điện cảm LD. Máy biến áp 3 pha được thay thế gần đúng bằng phần tử cảm kháng TLσ . Do lưới tiêu thụ chỉ nhận nguồn điện duy nhất từ hệ thống phát điện sức gió cho nên thành phần điện áp lưới không tồn tại ở đây. Lưới tiêu thụ gồm 2 thành phần: 8 Cấu trúc bù cos( cho tải ở chế độ ốc đảo 270 • Điện kháng lưới LN đã được biết trước. • Tải tiêu thụ, gồm hai thành phần điện trở tiêu thụ RPT và cảm kháng LPT. • Ta có mô hình thay thế gần đúng của lưới phụ tải như hình 8.2. H×nh 8.2 Mô hình thay thế gần đúng lưới phụ tải Nếu bỏ qua các thành phần điện cảm LN và TLσ (do sụt áp trên chúng là rất nhỏ) thì ta sẽ có được mô hình rút gọn lưới phụ tải phục vụ thiết kế cấu trúc điều khiển bù hệ số công suất như hình 8.3. H×nh 8.3 Mô hình rút gọn lưới phụ tải 8.2 Phương pháp bù cosϕ 8.2.1 Ý tưởng của phương pháp Ý tưởng của phương pháp điều khiển được xây dựng như sau. Chọn hệ trục toạ độ dq như sau: • Trục d trùng với vector điện áp phụ tải UPT • Trục q vuông góc với trục d Ta có đồ thị vector ở hình 8.4. Góc lệch pha ϕ giữa điện áp và dòng điện phụ tải là do bản chất tải quyết định. Tuy nhiên để cải thiện, trong từng chu kỳ trích mẫu ta điều khiển cho vector điện áp quay nhanh hay chậm thêm một lượng ∆ϕ nào đó, đồng thời cũng có thể điều khiển cho vector điện áp lưới vượt trước 8.2 Phương pháp bù cos( 271 (hoặc chậm sau) so với vector dòng điện để thay đổi tính dung (hoặc tính cảm) của lưới. Điều này có nghĩa rằng ta sẽ thay đổi tần số lưới để cải thiện cosϕ. H×nh 8.4 Đồ thị vector điện áp và dòng điện lưới Ta có mối quan hệ sau: u su s s s ϑ ϑ ϑ ϑ ϑ ϑ ω ω ϑ ω ω ϑ ω ϑ • • • • • • = + ⇒ = + = + ⇔ − = ⇔∆ = (8.1) Để điều khiển góc quay của vector điện áp lưới ϑu ta ĐK tổng góc quay ϑ và góc quay của điện áp lưới ứng với tần số cơ bản ϑs. Tuy nhiên ϑu và ϑs là những đại lượng luôn luôn biến thiên tăng dần theo quy luật tích phân. Để ĐK cosϕ bám theo một giá trị đặt *cosϕ nào đó thì góc ϑ cũng phải luôn luôn tăng dần theo hai đại lượng ϑu và ϑs, bài toán ĐK sẽ trở nên rất khó khăn. Để đơn giản cho việc thiết kế bộ ĐK và nâng cao tính ổn định của hệ thống, thay vì ĐK góc quay ϑ ta sẽ ĐK độ biến thiên tần số ω∆ . Mối quan hệ như sau: ( ) tan s s LL L L R R R R ω ωωϕ ω ω+∆= = = + ∆ (8.2) Với R, L là điện trở và điện cảm của phụ tải, biến thiên theo nhu cầu sử dụng. Từ mối quan hệ trên ta thấy để cải thiện góc lệch pha ϕ giữa điện áp và dòng điện lưới phụ tải, ta điều khiển độ biến thiên tần số ∆ω. Như vậy trong một giới hạn nào đó của sai lệch tần số, chúng ta sẽ tận dụng để cải thiện hệ số công suất cho lưới phụ tải. 8 Cấu trúc bù cos( cho tải ở chế độ ốc đảo 272 8.2.2 Sử dụng bộ điều khiển PI kinh điển ■ Sơ đồ khối cấu trúc Theo (8.2) ta thấy rằng thay vì điều khiển cosϕ ta có thể điều khiển tanϕ. Với việc điều khiển tanϕ ta có thể điều khiển và quan sát được cả tính cảm và tính dung của lưới phụ tải. Để thấy rõ hơn đặc điểm của đối tượng ĐK, ta xây dựng sơ đồ khối hệ thống điều khiển cosϕ trên miền thời gian liên tục như hình 8.5 dưới đây. H×nh 8.5 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ số công suất Trong đó K L R= có thể thay đổi tùy người thiết kế. Bộ NL nguồn áp có thể được thay thế gần đúng bằng một khâu quán tính bậc nhất với hệ số khuếch đại VNL = 1 và hằng số thời gian quán tính TNL = Tpulse (chu kỳ băm xung). Từ sơ đồ cấu trúc ta thấy: Khi tải biến thiên sẽ làm cho hệ số khuyếch đại K biến thiên, nhưng không làm cho cấu trúc mô hình đối tượng thay đổi, do đó chỉ làm tăng giảm sai lệch điều khiển. Một cách đơn giản ta lựa chọn bộ điều khiển PI, sai lệch tĩnh sẽ bị triệt tiêu hoàn toàn nhờ thành phần tích phân. Bộ PI hoạt động căn cứ theo sai lệch giữa giá trị đặt tanϕ* và giá trị thực tanϕ đo được ở phụ tải để đưa ra tín hiệu điều khiển hiệu chỉnh tần số lưới ∆ω. ■ Xác định các tham số của bộ điều khiển Xét đối tượng có đầu vào là ∆ω, đầu ra là tanϕ, và để đơn giản ta cho hệ số khuyếch đại K=1. Khi đó hàm truyền của đối tượng: ( ) 1 1 pulse W sdt sT = + (8.3) Đối tượng là một khâu quán tính bậc nhất, áp dụng phương pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn ta xác định được các tham số của bộ điều khiển PI như sau: 1 2 2 2 p pulse I K K TTT Σ ⎧⎪⎪ =⎪⎪⎪⎨⎪⎪ = =⎪⎪⎪⎩ (8.4) 8.2 Phương pháp bù cos( 273 ■ Bộ điều khiển trên miền thời gian gián đoạn Ta biết, để thiết kế - cài đặt một hệ thống điều khiển, điều chỉnh trên cơ sở vi xử lý/vi điều khiển, thuật toán ĐK phải được xây dựng trên miền thời gian gián đoạn. Cũng theo tài liệu này, việc xây dựng mô hình toán học trên miền thời gian gián đoạn từ mô hình trên miền thời gian liên tục không nhằm mục đích phải đưa ra một mô hình chính xác mà chỉ cần đủ chính xác tại các thời điểm gián đoạn cách đều. Chuyển bộ PI trên miền thời gian liên tục vừa tìm được sang miền thời gian gián đoạn với chu kỳ trích mẫu T, xấp xỉ thành phần tích phân theo phương pháp hình thang, ta có: ( ) 1 0 1 11PI r r zW z z − − += − (8.5) với: 0 11 ; 12 2p pI I T Tr K r K T T ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟ ⎟⎜ ⎜⎟ ⎟= + =− −⎜ ⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 8.2.3 Sử dụng bộ điều khiển PI mờ Điều khiển mờ chiếm vị trí quan trọng trong kỹ thuật ĐK hiện đại. Trong thực tế, nhiều giải pháp tổng hợp, thiết kế bộ ĐK kinh điển thường bị bế tắc khi gặp những bài toán có độ phức tạp của hệ thống cao, độ phi tuyến lớn, sự thường xuyên thay đổi trạng thái và cấu trúc của đối tượng, hoặc giả sử nếu có thể tổng hợp được trong phạm vi lý thuyết thì khi thực hiện cũng gặp khó khăn về giá thành và độ tin cậy của sản phẩm. Những khó khăn đó sẽ không còn là vấn đề nan giải khi bộ ĐK được thiết kế trên cơ sở logic mờ. Các bộ ĐK mờ có chung một đặc điểm là làm việc theo nguyên tắc sao chép lại kinh nghiệm, tri thức của con người trong ĐK, vận hành máy móc. Áp dụng vào bài toán bù hệ số công suất cho lưới phụ tải, với đặc thù bài toán là phụ tải thay đổi ngẫu nhiên do yêu cầu tiêu thụ, sẽ khó có một mô hình toán học chính xác để mô tả đối tượng. Do đó sẽ rất thích hợp khi ta chọn giải pháp thiết kế bộ ĐK theo lôgic mờ, đảm bảo hệ thống làm việc ổn định trước sự thay đổi ngẫu nhiên của đối tượng. ■ Cấu trúc bộ điều khiển mờ Cấu trúc hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI mờ như hình 8.6. H×nh 8.6 Sơ đồ khối hệ thống sử dụng bộ điều khiển PI mờ Bộ điều khiển mờ sẽ nhận 2 tín hiệu đầu vào: tín hiệu sai lệch E, tín hiệu vi phân DE và cho đầu ra là đạo hàm của tín hiệu điều khiển D∆ω. 8 Cấu trúc bù cos( cho tải ở chế độ ốc đảo 274 ■ Xây dựng bộ điều khiển mờ a) Định nghĩa các tập mờ • Đầu vào E: Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện lưới nằm trong khoảng (-π/2; π/2), nên ta chọn cho biến đầu vào E gồm 5 tập mờ nằm trong khoảng [-1.6 1.6]. H×nh 8.7 Định nghĩa các tập mờ đầu vào E • Đầu vào DE: Vi phân sai lệch điều khiển, gồm 3 tập mờ trong đoạn [- 1000, 1000] H×nh 8.8 Định nghĩa các tập mờ đầu vào DE • Đầu ra D∆ω: Gồm 5 tập mờ là các xung Kronecker H×nh 8.9 Định nghĩa các tập mờ đầu ra D∆ω 8.3 Mô phỏng kiểm chứng 275 b) Xây dựng các luật hợp thành If (E is NB) and (DE is NM) then (DV is NB) If (E is NB) and (DE is ZE) then (DV is NB) If (E is NB) and (DE is PM) then (DV is NM) If (E is NM) and (DE is NM) then (DV is NB) If (E is NM) and (DE is ZE) then (DV is NM) If (E is NM) and (DE is PM) then (DV is ZE) If (E is ZE) and (DE is NM) then (DV is NM) If (E is ZE) and (DE is ZE) then (DV is ZE) If (E is ZE) and (DE is PM) then (DV is PM) If (E is PM) and (DE is NM) then (DV is ZE) If (E is PM) and (DE is ZE) then (DV is PM) If (E is PM) and (DE is PM) then (DV is PB) If (E is PB) and (DE is NM) then (DV is PM) If (E is PB) and (DE is ZE) then (DV is PB) If (E is PB) and (DE is PM) then (DV is PB) c) Chọn thiết bị hợp thành Phép AND tính theo luật Prod Phép OR tính theo luật Prober Phép IMPLICATION tính theo luật min Phép AGGREGATION tính theo luật max d) Phương pháp giải mờ: Giải mờ theo phương pháp tính điểm trọng tâm. 8.2.4 Cấu trúc hệ thống điều chỉnh hệ số công suất Sau khi đã xây dựng được đầy đủ cơ sở lý thyết cho bài toán cải thiện hệ số công suất, ta xây dựng cấu trúc hệ thống điều chỉnh như hình 8.10. • Khối PI là bộ điều chỉnh hệ số công suất thực hiện theo luật tỉ lệ tích phân tác động hiệu chỉnh góc quay của điện áp lưới. • Khối PWM là khâu thực hiện thuật toán điều chế vector không gian. • Khối GP thực hiện tính toán góc lệch pha ϕ thực giữa điện áp lưới và dòng điện áp lưới. 8.3 Mô phỏng kiểm chứng Hệ thống được mô phỏng trên nền MATLAB&SIMULINK một cách trung thành với giải pháp đã chọn, sự mô phỏng gần với điều kiện thực thể hiện qua một số điểm sau: 8 Cấu trúc bù cos( cho tải ở chế độ ốc đảo 276 H×nh 8.10 Cấu trúc hệ thống điều chỉnh hệ số công suất • Hệ thống điện được mô phỏng bằng phần mềm PLECS. Nó cho phép mô tả mạch điện/điện tử dưới dạng sơ đồ nguyên lý, trong đó các linh kiện, thiết bị được nối mạch một cách trực quan như trong thực tế. Với đặc điểm là một Toolbox hoạt động trong môi trường Simulink, mạch điện/điện tử PLECS hoàn toàn có khả năng ghép nối với hệ thống điều khiển xây dựng trên Simulink. • Mô phỏng đầy đủ các điều kiện biên của hệ thống: Các giá trị thực được đo bằng ADC với tần số trích mẫu 4kHz, hằng số thời gian trích mẫu T=0.25ms do tốc độ tính toán có hạn của vi điều khiển. • Mô phỏng hệ thống biến tần sử dụng thiết bị biến đổi nguồn áp với tần số băm xung fpulse = 8kHz, đảm bảo đồng bộ chặt chẽ giữa chu kỳ trích mẫu và chu kỳ băm xung. Các van bán dẫn điều khiển theo nguyên lý điều chế vector không gian. 8.3.1 Cấu trúc Simulink và PLECS Từ sơ đồ bù hệ số công suất cho lưới phụ tải phát điện sức gió ở hình 8.10, ta xây dựng được sơ đồ Simulink mô phỏng hệ thống như hình 8.11. Hệ thống bao gồm 4 khối chính: • Khối “SVPWM” mô phỏng thuật toán điều chế vector không gian. • Khối “Grid” bao gồm toàn bộ hệ thống nguồn phát và phụ tải lưới điện, được xây dựng trên PLECS. • Khối “Phase looked loop” tính toán tần số thực của lưới. 8.3 Mô phỏng kiểm chứng 277 • Khối “Angle caculation” tính toán góc lệch pha giữa dòng điện lưới và điện áp lưới. H×nh 8.11 Sơ đồ mô phỏng bài toán điều chỉnh hệ số công suất ■ Khối „SVPWM“ Sau khi tính được thời gian tính các vector biên Tp, Tt, T0,7 (theo [1], [2]) ta sử dụng khối “Sequencing factors” để tính thời gian đóng mở các van. Thời gian đóng mở các van được tính như tài liệu [1] đã giới thiệu. H×nh 8.12 Khối điều chế vector không gian SVPWM ■ Khối „Grid“: Khối “Grid” mô phỏng hệ thống phụ tải, gồm có: • Một bộ NL nguồn áp 3 pha, 3 nhánh (3 cặp) van IGBT. • 3 cuộn cảm lọc dòng, 3 tụ lọc áp và bù sơ bộ hệ số công suất. 8 Cấu trúc bù cos( cho tải ở chế độ ốc đảo 278 • Một biến áp xoay chiều 3 pha, mắc kiểuY/Y, hệ số khuyếch đại 4.5. • Các phần tử điện trở, điện cảm tượng trưng cho hệ thống tải tiêu thụ. • Các công tắc đóng ngắt tượng trưng cho sự thay đổi tải ngẫu nhiên. H×nh 8.13 Lưới phụ tải ■ Khối „Phase locked loop“ Trong thực tế tần số lưới được tính bằng một chip riêng. Nguyên lý hoạt động của khối này như sau: Trên hệ tọa độ điện áp lưới thì thành phần UPTq=0, thành phần UPTd=UPT. Vì vậy UPTq sẽ được điều chỉnh sao cho bám giá trị 0 bằng một bộ điều chỉnh PI thông thường. Đầu ra của bộ điều chỉnh PI chính là giá trị hiệu chỉnh của tần số cơ bản (50Hz). Đảm bảo tần số đo được đúng bằng tần số thực. H×nh 8.14 Khối tính tần số lưới ■ Khối “Angle calculation” (tính góc pha) Trên hệ toạ độ điện áp lưới, việc tính hệ số công suất rất đơn giản bằng cách chuyển đổi dòng 3 pha iabc đo được sang hệ tọa độ dq, sau đó tính góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp theo công thức sin Nqiϕ = i . Và như vậy ta sẽ không phải đo giá trị tức thời của điện áp lưới. Tuy nhiên mục đích của bài toán là ĐK bù cosϕ nên bài toán điều chỉnh điện áp sẽ không áp dụng ở đây. Thay vì đó để mô phỏng khâu tính góc ϕ, ta sẽ đo điện áp lưới. Việc thay thế này hoàn toàn không ảnh hưởng đến tính đúng đắn của giải pháp trong thực tế. 8.3 Mô phỏng kiểm chứng 279 Chiếu vector điện áp lưới và vector dòng điện lưới lên 2 trục tọa độ của hệ trục tọa độ cố định αβ ta tính được góc ϕ thực của lưới theo công thức: ( )sin sin sin cos cos sinu i u i u i PT N PT N PT NN PTu i u i u ii uβ β β α α βα α ϕ ϑ ϑ ϑ ϑ ϑ ϑ= − = − −= − = u i u i u i (8.6) H×nh 8.15 Khối tính góc lệch pha giữa dòng và điện áp lưới 8.3.2 Kết quả mô phỏng ■ Sử dụng bộ PI kinh điển Chúng ta thực hiện mô phỏng với giá trị điện áp đầu vào nghịch lưu 70V do ở đây chưa có vòng điều chỉnh điện áp, chưa tính đến các sụt áp đường dây. Bởi vì với cùng một bản chất tải thì biên độ điện áp lưới không ảnh hưởng đến tính trung thực của kết quả mô phỏng. Dưới đây là kết quả mô phỏng cho các trường hợp: + Phụ tải danh định công suất 20KVA, cosϕ = 0.9, cosϕ* =0.95 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -50 0 50 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 1 He so cong suat t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 20 40 60 80 Tan so (Hz) t(s) SP=0.95 H×nh 8.16 Kết quả mô phỏng phụ tải danh định 8 Cấu trúc bù cos( cho tải ở chế độ ốc đảo 280 Ban đầu cosϕ =1 nên trong khoảng thời gian đầu đặc tính hệ số công suất đi xuống và đặc tính tần số đi lên như hình 8.16. Sau khi điều chỉnh fs = 48.4Hz. Đặc tính quá độ không có độ quá điều chỉnh. Thời gian quá độ ngắn tqd = 0,08s, rất phù hợp đặc điểm đóng cắt tải ngẫu nhiên tuỳ theo nhu cầu sử dụng của các hệ tiêu thụ. + Hệ thống chạy quá tải (tải tăng thêm 50%) Tải đang chạy danh định (20KVA, cosϕ = 0.9), tại thời điểm 0.1s đóng thêm 50% tải có cosϕ = 0.8. Giá trị đặt cosϕ* = 0.95. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -50 0 50 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 1 He so cong suat t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 10 20 30 40 50 60 70 Tan so (Hz) t(s) H×nh 8.17 Kết quả mô phỏng quá tải: Đặc tính hệ số công suất và tần số bị dao động mạnh + Phụ tải thay đổi ngẫu nhiên. Ban đầu phụ tải có cosϕ = 0.9, tại thời điểm 0.1s đóng thêm tải có cosϕ = 0.8. Giá trị đặt cosϕ* = 0.95 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -40 -20 0 20 40 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.8 0.85 0.9 0.95 1 He so cong suat t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 20 40 60 80 100 Tan so (Hz) t(s) SP=0.95 H×nh 8.18 Kết quả mô phỏng với phụ tải thay đổi 8.3 Mô phỏng kiểm chứng 281 Bộ ĐK phản ứng rất nhanh với sự thay đổi của tải (tqd = 0.05s). Đặc tính quá độ không có độ quá điều chỉnh. Trước khi đóng thêm tải fs = 41.5Hz, sau khi đóng thêm tải fs = 36.6Hz. Tại thời điểm thay đổi tải ta thấy đường đặc tính hệ số công suất và đặc tính tần số có dao động là do sau khi đóng tải, điện áp điều chế sau NL bị dao động (vì chưa có vòng điều chỉnh điện áp lưới). + Mô phỏng cùng một giá trị đặt (cosϕ* = 0.95) với các giá trị cosϕ khác nhau của phụ tải. Phụ tải trung bình ≈ 2.3kW. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -30 -20 -10 0 10 20 30 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 He so cong suat t(s) SP=0.95 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 20 40 60 Tan so (Hz) t(s) H×nh 8.19 Phụ tải có cosϕ = 0.7 (R = 50Ω, L = 0.162H): Tần số lưới fs = 21.4Hz, ∆f = -28.6Hz 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -30 -20 -10 0 10 20 30 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 He so cong suat t(s) SP=0.95 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 20 40 60 Tan so (Hz) t(s) H×nh 8.20 Phụ tải có cosϕ = 0.8 (R = 50Ω, L = 0.119H): Tần số lưới fs=28.4Hz, ∆f = -21.6Hz 8 Cấu trúc bù cos( cho tải ở chế độ ốc đảo 282 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -30 -20 -10 0 10 20 30 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 He so cong suat t(s) SP=0.95 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 20 40 60 Tan so (Hz) t(s) H×nh 8.21 Phụ tải có cosϕ = 0.84 (R = 50Ω, L = 0.103H): Tần số lưới fs = 32.5Hz, ∆f=-17.5Hz 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -30 -20 -10 0 10 20 30 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.85 0.9 0.95 1 He so cong suat t(s) SP=0.95 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 20 40 60 Tan so (Hz) t(s) H×nh 8.22 Phụ tải có cosϕ = 0.9 (R = 50Ω, L = 0.077H): Tần số lưới fs = 41.5Hz, ∆f = -8.5Hz 8.3 Mô phỏng kiểm chứng 283 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 -30 -20 -10 0 10 20 30 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.92 0.94 0.96 0.98 1 He so cong suat t(s) SP=0.95 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 20 40 60 Tan so (Hz) t(s) H×nh 8.23 Phụ tải có cosϕ = 0.94 (R = 50Ω, L = 0.058H): Tần số lưới fs = 53.4Hz, ∆f = -3.4Hz + Mô phỏng cùng một giá trị tải (cosϕ = 0.8) với các giá trị đặt khác nhau 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -20 -10 0 10 20 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.6 0.7 0.8 0.9 1 He so cong suat t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 20 40 60 Tan so (Hz) t(s) SP=0.84 H×nh 8.24 cosϕ = 0.84; tần số lưới fs = 56.8Hz, ∆f = 6.8Hz 8 Cấu trúc bù cos( cho tải ở chế độ ốc đảo 284 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -20 -10 0 10 20 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.6 0.7 0.8 0.9 1 He so cong suat t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 20 30 40 50 60 Tan so (Hz) t(s) SP=0.88 H×nh 8.25 cosϕ* = 0.88; Tần số lưới fs = 47.1Hz, ∆f = -2.9Hz 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -40 -20 0 20 40 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.6 0.7 0.8 0.9 1 He so cong suat t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 20 40 60 Tan so (Hz) t(s) SP=0.92 H×nh 8.26 cosϕ* = 0.92; Tần số lưới fs = 36.9Hz, ∆f = -13.1Hz Các kết quả mô phỏng cho phép kết luận về triển vọng bộ ĐK làm việc tốt, đáp ứng được các yêu cầu cả về sự thay đổi tải ngẫu nhiên, với tất cả các giá trị khác nhau của phụ tải. Hơn nữa bộ ĐK có khả năng phản ứng rất nhanh với sự thay đổi giá trị đặt, sự thay đổi của tải. Các quá trình quá độ xảy ra rất nhanh (tqd<0.1s) nên khả năng ứng dụng bộ ĐK vào thực tế là rất cao. Vấn đề còn lại của ta là phải xác định được phạm vi ứng dụng của phương pháp để cải thiện hệ số công suất vừa được nghiên cứu, thiết kế và kiểm chứng bằng mô phỏng. Hệ số công suất có thể cải thiện được đến bao nhiêu với một bản chất tải khi điều kiện giới hạn tần số phải nằm trong một phạm vi nào đó. Thực hiện mô phỏng tương tự cho các trường hợp bản chất tải và giá trị đặt còn 8.3 Mô phỏng kiểm chứng 285 lại, ta thu được đường đặc tính thể hiện mối quan hệ giữa 3 đại lượng: hệ số công suất đặt cosϕ*, hệ số công suất tải cosϕ ứng với tần số cơ bản 50Hz và mức độ biến thiên tần số lưới ∆ f như sau: 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 ∆ f (H z) cosϑ_Load SP=0,95 SP=0,9 SP=0,85 SP=0,8 SP=0,75 H×nh 8.27 Quan hệ giữa ∆ f và cosϕ Đồ thị trên cho ta một cái nhìn hết sức trực quan ứng dụng của phương pháp cải thiện hệ số công suất bằng điều khiển tần số lưới. Với việc điều khiển chính xác tần số lưới, ta có thể cải thiện được hệ số công suất cho phụ tải một cách đáng kể và tất nhiên ta cũng không thể không nói đến vai trò của tụ bù. Ví dụ theo hình 30, khi cho phép tần số lưới dao động trong khoảng ±5Hz ta có thể kéo cosϕ = 0.7 lên cosϕ* = 0.825. ■ Mô phỏng với bộ PI mờ + Phụ tải danh định (20KVA, cosϕ = 0.9) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -50 0 50 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.92 0.94 0.96 0.98 1 He so cong suat t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 20 40 60 Tan so (Hz) t(s) SP=0.95 H×nh 8.28 Kết quả mô phỏng phụ tải danh định: Tần số lưới fs = 48.4Hz 8 Cấu trúc bù cos( cho tải ở chế độ ốc đảo 286 + Phụ tải thay đổi ngẫu nhiên 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -100 -50 0 50 100 Dien ap tai (V) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -40 -20 0 20 40 Dong dien tai (A) t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.85 0.9 0.95 1 He so cong suat t(s) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 20 40 60 80 100 Tan so (Hz) t(s) SP=0.95 H×nh 8.29 Kết quả mô phỏng với phụ tải thay đổi Qua 2 trường hợp mô phỏng trên ta thấy cả 2 bộ ĐK PI kinh điển và PI mờ đều cho kết quả tốt như nhau. Như vậy khi cài đặt thuật toán trong thực tế ta có thể dùng một trong 2 bộ ĐK đều đạt được mục đích cải thiện hệ số công suất với tốc độ nhanh. 8.4 Tài liệu tham khảo của chương 8 [1] Nguyễn Phùng Quang: Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha. NXB Giáo dục, Hà Nội, 1998 [2] Nguyễn Phùng Quang: MATLAB & SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [3] Trương Xuân Hùng: Nghiên cứu phương pháp điều chỉnh ổn định điện áp ra của trạm phát điện chạy sức gió thuộc đề tài KC.06.20.CN. Luận văn Cao học, ĐHBK Hà Nội, 2005 [4] Nguyễn Phùng Quang, Lê Minh Kiên, Phạm Minh Tân: Phương pháp điều khiển bù hệ số công suất cosϕ trong hệ thống phát điện chạy sức gió KC.06.20.CN. Chuyên san “Kỹ thuật Điều khiển tự động”, số 6(4)2006, tr. 35 – 44, tạp chí Tự động hóa ngày nay [5] Nguyễn Doãn Phước: Lý thuyết điều khiển tuyến tính. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2005 [6] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh: Lý thuyết điều khiển mờ. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2002 9 Sản phẩm đào tạo: Kỹ sư, Thạc sĩ, Tiến sĩ Trong các dạng sản phẩm đã đăng ký của đề tài KC.06.20CN còn có sản phẩm phi vật thể là kết quả đào tạo các bậc khác nhau như Kỹ sư, Thạc sĩ và Tiến sĩ, cũng như các bài viết đăng trên các tạp chí, hay báo cáo hội nghị trong và ngoài nước. 9.1 Các sản phẩm đào tạo 9.1.1 Danh sách các đồ án tốt nghiệp Kỹ sư [1] Trịnh Văn Huân, Nguyễn Hoàng: Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện chạy sức gió có công suất ở dải 10-30kW (thuộc đề tài KC.06.20CN). Đồ án tốt nghiệp K45, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2005 [2] Phạm Lê Chi, Nguyễn Quang Tuấn: Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống máy phát điện không đồng bộ nguồn kép tách kênh trực tiếp, kiểm chứng bằng mô phỏng trên nền MATLAB & Simulink và PLECS. Đồ án tốt nghiệp K45, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2005 [3] Phạm Minh Tân, Lê Minh Kiên: Nghiên cứu, thiết kế cấu trúc điều khiển bù cosϕ cho lưới phụ tải của hệ thống phát điện sức gió có công suất ở dải 10-30kW thuộc đề tài KC.06.20CN. Đồ án tốt nghiệp K46, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2006 [4] Lê Ngọc Trúc: Tổng quan và đề xuất các vấn đề chẩn đoán – giám sát từ xa qua modem cho hệ thống phát điện sức gió có công suất ở dải 10- 30kW của đề tài KC.06.20CN, xây dựng giao diện PC phục vụ chẩn đoán – giám sát. Đồ án tốt nghiệp K46, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2006 [5] Lê Bá Yến, Ngô Văn Tịnh: Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển kháng nhiễu lưới, nâng cao tính bền vững ngắn mạch cho máy phát điện không đồng bộ nguồn kép có tách kênh trực tiếp. Đồ án tốt nghiệp K46, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2006 9 Sản phẩm đào tạo: Kỹ sư, Thạc sĩ, Tiến sĩ 288 9.1.2 Danh sách các luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ [6] Trương Xuân Hùng: Nghiên cứu các phương pháp điều khiển ổn định điện áp ra của trạm phát điện chạy sức gió thuộc đề tài KC.06.20C. Luận văn Cao học, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2005 [7] Nguyễn Đăng Toàn: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển quá trình lưu điện của trạm phát điện chạy sức gió thuộc đề tài KC.06.20CN. Luận văn Cao học, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2005 [8] Phạm Trung Kiên: Nghiên cứu, đề xuất và thực hiện các phương pháp điều khiển – giám sát – chẩn đoán thực trạng vận hành từ xa cho trạm phát điện chạy sức gió thuộc đề tài KC.06.20CN. Luận văn Cao học, ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2006 9.1.3 Luận văn tốt nghiệp Tiến sĩ [9] Cao Xuân Tuyển: Tổng hợp các thuật toán phi tuyến trên cơ sở kỹ thuật Backstepping, điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức gió. Bản thảo luận văn Tiến sĩ, ĐH Bách Khoa Hà Nội, kế hoạch bảo vệ: cuối 2007 9.2 Các báo cáo hội nghị, hội thảo hay tạp chí trong và ngoài nước 9.2.1 Trong nước [10] Nguyễn Phùng Quang: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị phát điện chạy sức gió tại Việt Nam - Tiềm năng và cơ hội. Tạp chí Tự động hóa ngày nay, số 12(40)2003, tr. 20 – 21 [11] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang: Các thuật toán phi tuyến trên cơ sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức gió. The 6th Vietnam Conference on Automation (6th VICA). Hà Nội 4/2005, Hội nghị toàn quốc lần 6 về Tự động hóa, tr. 545 – 550 [12] Nguyễn Quang Tuấn, Phạm Lê Chi, Nguyễn Phùng Quang: Cấu trúc tách kênh trực tiếp điều khiển hệ thống máy phát điện không đồng bộ nguồn kép. Chuyên san “Kỹ thuật Điều khiển tự động”, số 6(2)2005, tr. 28 – 35 [13] Đỗ Quốc Quang, Nguyễn Phùng Quang, Đỗ Xuân Ngôi, Trần Xuân Thành, Nguyễn Đình Kiên, Lê Khánh Toàn: Static Analysis of Cable-braced 9.2 Các báo cáo hội nghị, hội thảo hay tạp chí trong và ngoài nước 289 Column Used at 10-30kW Wind Power Plant KC.06.20CN. Chuyên san “Kỹ thuật Điều khiển tự động”, số 12(3)2005, tr. 34 – 39 [14] Nguyễn Phùng Quang, Lê Anh Tuấn, Trương Xuân Hùng, Phí Kim Phúc, Phạm Trung Kiên: Hệ thống phát điện sức gió công suất 20kW hoạt động ở chế độ ốc đảo. Tạp chí Tự động hóa ngày nay, số 1+2(65+66)2006, tr. 76 – 79 và 83 [15] Nguyễn Phùng Quang, Lê Minh Kiên, Phạm Minh Tân: Phương pháp điều khiển bù hệ số công suất trong hệ thống phát điện chạy sức gió KC.06.20CN. Chuyên san “Kỹ thuật Điều khiển tự động”, số 6(4)2006, tr. 35 – 44 [16] Phạm Trung Kiên, Nguyễn Phùng Quang: Giám sát thực trạng vận hành và chẩn đoán lỗi từ xa hệ thống phát điện chạy sức gió thuộc đề tài KC.06.20CN. Chuyên san “Kỹ thuật Điều khiển tự động”, số 6(4)2006, tr. 51 – 57 [17] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang: Kết quả thực nghiệm điều khiển máy điện không đồng bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức gió áp dụng phương pháp thiết kế phi tuyến backstepping. Chuyên san “Kỹ thuật Điều khiển tự động”, số 12(5)2006, tr. 3 – 12 [18] Nguyễn Phùng Quang, Lê Anh Tuấn: Điều chế điện áp cho nghịch lưu cầu 1 pha - Giải quyết vấn đề dưới cách nhìn vector. Tạp chí Tự động hóa ngày nay, số 1+2(77+78)2007, tr. 23 – 27 9.2.2 Ngoài nước [19] Nguyễn Phùng Quang: Nichtlineare Regelstrukturen mit direkter Ent- kopplung: Neue Eigenschaften für Systeme mit pulswechselrichter- gespeisten Drehstrommaschinen. Workshop am Elektrotechnischen Institut der TU Dresden, 8. Sept. 2005 [20] Nguyễn Phùng Quang, Andreas Dittrich, Phùng Ngọc Lân: Doubly-Fed Induction Machine as Generator in Wind Power Plant - Nonlinear Control Algorithms with Direct Decoupling. Intern. Conf. CD Proc. of 11th European Conf. on Power Electronics and Applications, 11-14 Sept. 2005 – Dresden, Germany (in lại: Chuyên san “Kỹ thuật Điều khiển tự động”, số 12(3)2005, tr. 22 – 28) [21] Phùng Ngọc Lân, Nguyễn Phùng Quang, Peter Büchner: A Non-linear Control Algorithm for Improving Performance of Wind Generator Using Doubly-Fed Induction Generator. Europe Wind Energy Conference Athens, 26th February – 2nd March 2006 10 Kết luận và kiến nghị 10.1 Kết luận Bản báo cáo đã giới thiệu các sản phẩm được đăng ký ở các mục 15, 16, 17 (thuộc phần III: Kết quả đề tài) của „Bản thuyết minh đề tài“ (phụ lục của Hợp đồng số 20CN/2004/HĐ-ĐTCT-KC.06, ký với Bộ KH&CN) cùng với các nội dung khoa học đi kèm theo từng sản phẩm. Trung thành với sản phẩm đã đăng ký, đồng thời để dễ theo dõi, bản báo cáo được bố cục thành các chương ứng với từng sản phẩm. Gồm có: • Các sản phẩm là hệ thống, thiết bị cụ thể đã đăng ký ở mục 17: Đó là các chương 1, 2, 3 và 4. • Các sản phẩm phi vật thể đăng ký ở mục 16: + Các phương pháp điều khiển máy phát: Đó là các chương 5 và 6. + Các sản phẩm dưới dạng sơ đồ, bản vẽ: Do khối lượng bản vẽ (điện, cơ khí, xây dựng) và Listing của phần mềm (chạy trên DSP, PLC và PC) khá phong phú, chúng được tập trung ở phần phụ lục của báo cáo. + Các sản phẩm khác (sản phẩm đào tạo): Chương 9. • Các sản phẩm phi vật thể không có trong đăng ký: Bao gồm các phương pháp, các ý tưởng cần thiết nẩy sinh trong quá trình thực hiện đề tài. Đó là hai chương 7 và 8. Trên cơ sở các kết quả đã làm và đã trình bầy trong báo cáo, nhóm đề tài đã có thể khẳng định rằng: „Đề tài đã hoàn thành tốt nhiệm vụ được đặt ra, theo đúng các yêu cầu về nội dung và chất lượng. Việc chậm trễ kết thúc để nghiệm thu có tác động của nguyên nhân thiên tai khách quan là rất đáng tiếc“. 10.2 Kiến nghị Sau quá trình thực hiện, nhóm đề tài KC.06.20CN có duy nhất một kiến nghị như sau: „Để phát huy các kết quả đã đạt được và để tận dụng tốt hơn nữa nguồn năng lượng sạch, Bộ KH&CN nên đề xuất và giao thực hiện đề tài về một hệ thống năng lượng lai giữa sức gió và mặt trời ở cỡ công suất 20kW“ TÀI LIỆU KỸ THUẬT VÀ HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN-ĐIỀU KHIỂN CỦA TRẠM PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ (20060619-2) 2 MỤC LỤC MỤC LỤC ..................................................................................................................................2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................................3 1. Giới thiệu chung .................................................................................................................4 Mô tả thiết bị ..........................................................................................................................4 Nguyên tắc hoạt động.............................................................................................................5 2. Bố trí thiết bị trong tủ điều khiển trung tâm.......................................................................6 Đèn trạng thái .........................................................................................................................6 Đồng hồ hiển thị .....................................................................................................................7 Nút bấm ..................................................................................................................................8 Các công tắc tơ đóng cắt.........................................................................................................8 Các phần tử khác ....................................................................................................................9 Cầu đấu EC...........................................................................................................................10 3. Bố trí thiết bị trong tủ phân phối điện năng......................................................................11 Các thiết bị............................................................................................................................11 Thanh cái ..............................................................................................................................11 Cầu đấu.................................................................................................................................12 4. Quy trình vận hành ...........................................................................................................13 Chọn chế độ hoạt động .........................................................................................................13 Cấp điện cho tủ điều khiển trung tâm...................................................................................13 Ngắt điện vào tủ điều khiển trung tâm .................................................................................14 Cho phép bộ nghịch lưu chạy ...............................................................................................14 Dừng hoạt động của bộ nghịch lưu ......................................................................................14 Khi có lỗi ..............................................................................................................................15 Khi có hiện tượng quá tải .....................................................................................................15 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện điều khiển..............................................................4 Hình 2: Sơ đồ mặt bằng bố trí trong phòng điều khiển ..............................................................4 Hình 3: Sơ đồ bố trí mặt trước của tủ điều khiển trung tâm.......................................................6 Hình 4: Sơ đồ bố trí thiết bị bên trong tủ điều khiển trung tâm .................................................9 Hình 5: Bố trí thiết bị bên trong của tủ phân phối điện năng ...................................................11 4 1. Giới thiệu chung Hình 1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện điều khiển Hình 2: Sơ đồ mặt bằng bố trí trong phòng điều khiển (a) là các thiết bị đặt trên tường - (b) là các thiết bị đặt dưới nền Mô tả thiết bị Cầu dao sau máy phát Được bố trí phía trước aptomat AT (nằm bên trong tủ điều khiển - Hình 1), ở chế độ vận hành bình thường, cầu dao ở vị trí đóng mạch. Công tơ ba pha Mắc ở phía trước đường điện ba pha đưa vào tủ phân phối, có nhiệm vụ đo công suất tiêu thụ của toàn bộ lưới phụ tải lắp vào hệ thống. Tủ điện phân phối Thực hiện phân phối điện tới các cấp tiêu thụ với mức độ ưu tiên khác (a) (b) 5 nhau. Tủ điều khiển trung tâm Thực hiện các nhiệm vụ điều khiển, phân phối điện năng v.v... Máy biến áp ba pha Biến đổi điện áp ra từ tủ điều khiển thành điện áp tiêu thụ 220VAC pha (380VAC dây). Dàn acqui 1 và 2 Mắc song song với nhau, mỗi dàn có 10 bình (loại 12VDC), thực hiện chức năng tích trữ và ổn định điện áp. Nguyên tắc hoạt động Điện ba pha lấy về từ máy phát chạy bằng sức gió có biên độ biến đổi: 0 - 380VAC, tần số biến đổi: 0 - 50Hz, nó được đưa thẳng vào tủ điều khiển trung tâm và được biến đổi thành điện một chiều đưa đến 1 trong 3 phần sau: ƒ điện trở xả (Dump Load), được bố trí tại bể nước ở phía ngoài phòng điều khiển; ƒ acqui (thông qua mạch nạp acqui), tích trữ điện; ƒ nghịch lưu thành điện xoay chiều ba pha và đưa ra ngoài hệ thống tải tiêu thụ, trước khi đưa ra đến bên ngoài tải, điện áp ba pha nghịch lưu sẽ được đưa qua máy biến áp ba pha (Hình 2) và đưa vào tủ phân phối. Khi hệ thống bắt đầu hoạt động, S1 đóng mạch để nạp điện cho bộ tụ C (gồm 4 tụ 1000uF/400V) trong một khoảng thời gian (vài chục giây), sau đó S2 đóng mạch để đưa bộ chỉnh lưu chính hoạt động. Trường hợp 1: Khi năng lượng thu được từ phía máy phát lớn hơn năng lượng tiêu thụ phía phụ tải, phần năng lượng dư thừa sẽ được nạp vào acqui để giành sử dụng sau này. Song song với quá trình nạp, nếu vẫn có sự chênh lệch giữa năng lượng thu được và đầu ra, phần điện trở đốt sẽ hoạt động để tiêu hao năng lượng chênh lệch đó. Trường hợp 2: khi năng lượng thu được từ máy phát lại nhỏ hơn so với mức tiêu thụ của phía phụ tải, năng lượng tích trữ trong acqui sẽ được đưa ra bù đắp sự thiếu hụt. Bên cạnh đó, phía phụ tải được bố trí thành các mức ưu tiên khác nhau, bài toán bù đắp thiếu hụt cũng được xử lý bằng biện pháp cắt bớt các phụ tải có mức ưu tiên thấp. Trên thực tế, việc cắt bớt phụ tải và/hoặc sử dụng năng lượng tích trữ trong acqui cho trường hợp này được thực hiện hoàn toàn tự động và việc sử dụng năng lượng dự trữ trong acqui có giới hạn nhất định (tổng năng lượng dự trữ có thể sử dụng được là tối đa 200Ah). 6 2. Bố trí thiết bị trong tủ điều khiển trung tâm Hình 3: Sơ đồ bố trí đèn, nút bấm, đồng hồ trên mặt tủ Đèn trạng thái Đèn Điều khiển, báo trạng thái của tủ điều khiển - tủ đang hoạt động. Bật sáng khi nhấn nút Khởi động, tắt khi nhấn nút Dừng. Sau khi nhấn nút Dừng, đợi đến khi đèn tắt tủ mới dừng thực sự. Lúc đó người vận hành mới có thể cắt S4 (xem vị trí S4 theo Hình 4) Đèn Acqui, hiển thị trạng thái của bộ phận acqui. Gồm các trường hợp sau: + đèn sáng bình thường, tủ điều khiển đang lấy điện từ acqui (cho trường hợp gió yếu, năng lượng thu được nhỏ hơn khả năng tiêu thụ của phụ tải); + đèn nháy nhanh (0,5 giây/lần), cảnh báo acqui sắp cạn; + đèn nháy chậm (1,5 giây/lần), cảnh báo acqui đang được nạp. Đèn Nước vơi, báo trạng thái của mức nước ở bể chứa - mức thấp. Trong trường hợp này, tủ điều khiển sẽ không hoạt động cho đến khi nước được bơm bổ sung vào bể chứa. Đèn Cấp điện, báo trạng thái của bộ nghịch lưu - bộ nghịch lưu đã hoạt động. Bật sáng khi nhấn nút Cấp điện, khi nhấn nút Ngắt điện, đèn vẫn sáng cho đến khi bộ nghịch lưu ngừng hoạt động. Bộ nghịch lưu là một phần tử trong tủ điều khiển, thực hiện biến đổi điện áp một chiều Đèn Đồng hồ Công tắc 7 thành điện áp xoay chiều ba pha đưa ra tải tiêu thụ. Đèn Quá tải, cảnh báo trạng thái phía phụ tải. Đèn Lỗi, cảnh báo trạng thái hoạt động của tủ điều khiển - có lỗi trong quá trình vận hành của tủ, lỗi cần được xử lý. Xem thêm mục 4 trong tài liệu này. Đồng hồ hiển thị Ba đồng hồ hiển thị giá trị dòng điện xoay chiều ba pha phía sơ cấp của máy biến áp (đầu ra của tủ điều khiển trung tâm). Đặc điểm giá trị đo: giá trị hiển thị trên mặt đồng hồ lớn hơn hai lần giá trị dòng điện thật sự. Đồng hồ Điện áp ra, hiển thị giá trị điện áp ra phía thứ cấp của máy biến áp. Đồng hồ cho phép đo 3 giá trị điện áp pha, 3 giá trị điện áp dây thông qua công tắc nằm phía dưới. Đồng hồ Máy phát, hiển thị giá trị điện áp dây đưa ra từ máy phát. Đồng hồ Acqui, hiển thị giá trị điện áp của dàn acqui. 8 Nút bấm Nút Khởi động, cho phép tủ điều khiển trung tâm hoạt động. Nút Dừng, dừng hoạt động của tủ điều khiển trung tâm. Nút Cấp điện, khởi động hoạt động của bộ nghịch lưu. Nút Ngắt điện, dừng hoạt động của bộ nghịch lưu. Nút chọn chế độ hoạt động. Gồm: + Auto: chế độ hoạt động tự động, các nút Cấp điện, Ngắt điện không được sử dụng, hoạt động của bộ nghịch lưu là tự động + Man: chế độ hoạt động bằng tay, hoạt động của bộ nghịch lưu được điều khiển thông qua các nút Cấp điện, Ngắt điện. Các công tắc tơ đóng cắt AT Atômát tổng, đặt ngay đầu vào của đường điện ba pha từ máy phát đưa vào tủ điều khiển trung tâm. AT phải được đóng lại trước khi cho tủ hoạt động, và phải ngắt sau khi tủ dừng hoạt động để đảm bảo an toàn. Đóng ngắt AT được thực hiện bằng tay bởi người vận hành. S1 Khởi động từ, đóng ngắt mạch nạp tụ. S1 được điều khiển tự động theo chương trình. S2 Khởi động từ, đóng ngắt mạch chỉnh lưu chính. S2 được điều khiển tự động theo chương trình. S3 Atômát phía nghịch lưu, đóng ngắt bộ nghịch lưu vào hệ thống. Đóng ngắt S3 được thực hiện bằng tay bởi người vận hành. S3 phải được đóng trước khi cho bộ nghịch lưu hoạt động. S4 Atômát phía acqui, đóng ngắt dàn acqui vào hệ thống. Đóng ngắt S4 được thực hiện bằng tay bởi người vận hành. S4 phải được đóng trước khi khởi động tủ điều khiển trung tâm và được ngắt sau khi tủ điều khiển dừng hoạt động. S5 Atômát phía acqui, đóng ngắt dàn acqui vào phía nghịch lưu, đóng khi có yêu cầu dùng nguồn acqui đưa ra cung cấp cho tải tiêu thụ. Đóng ngắt S5 9 được thực hiện bằng tay bởi người vận hành. Hình 4: Sơ đồ bố trí thiết bị bên trong tủ điều khiển trung tâm Các phần tử khác R1..R39 Rơle đóng cắt PLC Bộ điều khiển cấp trên BK-WindDriver Bộ điều khiển cấp dưới CB1..CB4 Các cầu đấu dây LEM Board Bộ đo dòng điện mạch mạch một chiều SVDC1 Nguồn điện một chiều 24V 10 SVDC2 Nguồn điện một chiều +/-15V MDB Bộ chỉnh lưu mạch chính D1 Diode (xem Hình 1) Dump Load IGBT Van đóng cắt cho điện trở đốt Battery Charge Board Mạch nạp acqui và điều khiển điện trở đốt Transformer Biến áp cho SVDC2 CC1..CC3 Các cuộc biến dòng, đo dòng phía sơ cấp máy biến áp, đưa ra hiển thị trên mặt trước của tủ điều khiển (đồng hồ I1..I3) EC Cầu đấu vào ra cho tủ điều khiển trung tâm Cầu đấu EC Thứ tự tính từ trái sang phải trên Hình 4 như sau 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Vào từ máy phát Ra điện trở đốt Ra acqui Ra sơ cấp máy biến áp Vào từ thứ cấp máy biến áp GA GA GB GB GC GC A A B B N N P P R R S S T T X X Y Y Z Z N N Lưu ý: Các chân cầu đầu thường có điện áp rất cao khi tủ điều khiển hoạt động do không được phép thực hiện đấu nối khi tủ đang hoạt động. 11 3. Bố trí thiết bị trong tủ phân phối điện năng Hình 5: Bố trí thiết bị bên trong của tủ phân phối điện năng Các thiết bị DS1 Aptômát phân phối tổng, đóng cắt lưới phân phối vào hệ thống DS2 Công tắc tơ của nhánh phụ tải loại 2, tương ứng với mức ưu tiên thứ 2 DS2 được điều khiển đóng cắt từ PLC DS3 Công tắc tơ của nhánh phụ tải loại 3, tương ứng với mức ưu tiên thứ 3 DS3 được điều khiển đóng cắt từ PLC FU1, FU2, FU3 Cầu chì cho 3 pha phụ tải tiêu thụ, loại 500V/50A. Thanh cái TC51, TC52, TC53 Thanh cái cho 3 pha phụ tải tiêu thụ TC54 Thanh cái cho dây trung tính 12 Cầu đấu DP1 Cầu đầu phía đầu vào của tủ phân phối DP2 Cầu đấu đầu ra cho nhánh phụ tải loại 2 DP3 Cầu đấu đầu ra cho nhánh phụ tải loại 3 Trong Hình 5, thứ tự của cầu đấu DP1, tính từ trái sang phải như sau: 1 2 3 4 Từ tủ điều khiển trung tâm X X Y Y Z Z N N thứ tự của cầu đấu DP2, tính từ trái sang phải như sau: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Trung tính Pha Pha Pha Tín hiệu điều khiển DS2 N N N N N N N N Z Z Z Z Y Y Y Y X X X X C T3 8B C T3 8A thứ tự của cầu đấu DP3, tính từ trái sang phải như sau: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Trung tính Pha Pha Pha Tín hiệu điều khiển DS3 N N N N N N N N Z Z Z Z Y Y Y Y X X X X C T3 9B C T3 9A Lưu ý: Các chân cầu đầu thường có điện áp rất cao khi tủ điều khiển hoạt động do không được phép thực hiện đấu nối khi tủ đang hoạt động. 13 4. Quy trình vận hành Các quy trình vận hành: - chọn chế độ hoạt động; - cấp điện cho tủ điều khiển trung tâm; - ngắt điện vào tủ điều khiển trung tâm; - cho phép bộ nghịch lưu chạy; - dừng hoạt động của bộ nghịch lưu; - khi có lỗi; - khi có hiện tượng quá tải. Quy trình vận hành phải được thực hiện theo đúng tuần tự các bước (1, 2, 3...) được nêu trong tài liệu này. Việc thực hiện không đúng sẽ dẫn đến cháy nổ thiết bị và gây nguy hiểm cho người vận hành. Chọn chế độ hoạt động (1) AT Kiểm tra aptômát AT ở trạng thái ngắt mạch. Không có điện áp ba pha từ máy phát cấp vào tủ điều khiển. (2) S4 Kiểm tra aptômát S4 ở trạng thái ngắt mạch. Nguồn điện từ acqui không được cấp vào tủ điều khiển. (3) Công tắc chọn chế độ được chuyển sang vị trí Man, chọn chế độ hoạt động bằng tay, hoặc chuyển vị trí Auto, chọn chế độ hoạt động tự động. Cấp điện cho tủ điều khiển trung tâm (1) AT Aptômát AT phải được ngắt mạch. Không cho điện áp ba pha từ máy phát cấp vào tủ điều khiển. (2) Công tắc chọn chế độ phải ở vị trí Man. Nếu chưa đúng, thực hiện lại quy trình chọn chế độ hoạt động. (3) S4 Aptômát S4 ở trạng thái đóng mạch, nguồn điện từ acqui được cấp vào tủ điều khiển. (4) AT Aptômát AT đóng mạch. Cấp điện áp từ máy phát vào tủ điều khiển. 14 (5) Đèn Nước vơi bật sáng báo mức nước của bể điện trở đốt quá thấp. Tủ sẽ không hoạt động ngay cả khi nhấn nút Khởi động. Cần bổ sung thêm nước vào bể trước khi tiếp tục quy trình. (6) nhấn nút Khởi động để cho phép các bộ điều khiển bên trong tủ hoạt động. (7) Đèn Điều khiển đã bật sáng báo tủ điều khiển đã hoạt động. Ngắt điện vào tủ điều khiển trung tâm (1) Nhấn nút Dừng để ngừng hoạt động của các bộ điều khiển bên trong tủ. (2) Đèn Điều khiển tắt báo tủ ngừng hoạt động. (3) S4 Ngắt aptômát S4, không cho nguồn điện từ acqui cấp vào tủ điều khiển. (4) AT Ngắt aptômát AT, không cho nguồn điện từ máy phát cấp vào tủ điều khiển. Cho phép bộ nghịch lưu chạy (1) Đèn Điều khiển sáng báo tủ điều khiển đang hoạt động. (2) S3 Đóng aptômát S3. (3) Nhấn nút Cấp điện cho phép bộ nghịch lưu chạy. (4) Đèn Cấp điện bật sáng khi bộ nghịch lưu hoạt động. Dừng hoạt động của bộ nghịch lưu (1) Đèn Cấp điện sáng báo bộ nghịch lưu đang hoạt động. 15 (2) Nhấn nút Ngắt điện dừng hoạt động của bộ nghịch lưu. (3) Đèn Cấp điện tắt khi bộ nghịch lưu ngừng hoạt động (4) S3 Ngắt aptômát S3. Khi có lỗi (1) Đèn Điều khiển sáng, báo tủ điều khiển đang hoạt động. (2) Đèn Cấp điện sáng, báo bộ nghịch lưu cũng đang hoạt động. (3) Đèn Lỗi bật sáng, đang có lỗi xảy ra trong tủ điều khiển trung tâm. (4) Nhấn nút Ngắt điện dừng hoạt động của bộ nghịch lưu. (5) Đèn Cấp điện tắt khi bộ nghịch lưu ngừng hoạt động (6) S3 Ngắt aptômát S3. Kiểm tra nguyên nhân gây ra lỗi. Khi có hiện tượng quá tải (1) đèn sáng báo tủ điều khiển đang hoạt động và (2) bộ nghịch lưu cũng đang hoạt động. (3) Khi bị quá tải, đèn báo quá tải bật sáng (4) Nhấn nút Ngắt điện dừng hoạt động của bộ nghịch lưu. 16 (5) Đèn Cấp điện tắt khi bộ nghịch lưu ngừng hoạt động (6) S3 Ngắt aptômát S3. Nguyên nhân quá tải thường do năng lượng tại hai dàn acqui đã tụt xuống đến mức giới hạn dưới. Do vậy, trạm phát điện sẽ ngắt tải tiêu thụ, và tiến hành nạp lại acqui. Người vận hành có thể theo dõi giá trị điện áp acqui để quyết định thời điểm đóng phụ tải lần sau.