ổn định tần số trong hệ thống điện

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.18 MB, 27 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN

ỔN ĐỊNH TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV2009 - 75

S KC 0 0 2 8 3 1

Tp. Hồ Chí Minh, 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Đề Tài:

ỔN ĐỊNH TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

SVTH : NGUYỄN TRỊNH THÀNH VINH
NGUYỄN LÊ DUY LN
GVHD : TS. TRƯƠNG VIỆT ANH

Tp. Hồ Chí Minh Tháng 07 - 2010

Lời nhận xét của quý thầy cô
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

1. Thiết kế mô hình (bản vẽ, thi công, ảnh…) .............................. 20
2. Thí nghiệm (xây dựng mô hình thí nghiệm) ............................. 21
3. So sánh các phương pháp khác .............................................. 21
CHƢƠNG 5: Kết luận ........................................................................... 22

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

2

CHƢƠNG 1
1.1 Tính cần thiết của ổn định tần số
Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện
năng. Tốc độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và
không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều. Khi tần số
giảm thì năng suất của chúng cũng bị giảm thấp. Tần số tăng cao dẫn
đến sự tiêu hao năng lượng quá mức. Do vậy và do một số nguyên nhân
khác, tần số luôn được giữ ở mức ổn định. Đối với hệ thống điện Việt
Nam, trị số định mức của tần số được quy định là 50Hz. Độ lệch cho
phép khỏi trị số định mức là  0.1Hz.
Việc sản xuất và tiêu thụ công suất tác dụng xảy ra đồng thời. Vì vậy
trong chế độ làm việc bình thường, công suất PF do máy phát của các
nhà máy điện phát ra phải bằng tổng công suất do các phụ tải tiêu thụ
Ptt và công suất tổn thất Pth trên đường dây truyền tải và các phần tử
khác của mạng điện, nghĩa là tuân theo điều kiện cân bằng công suất
tác dụng:

PF=Ptt+Pth=PPT

Trong đó, PPT là phụ tải tổng của các máy phát
Khi có sự cân bằng công suất thì tần số được giữ không đổi. Nhưng
vào mỗi thời điểm tùy thuộc số lượng hộ tiêu thụ được nối vào tải của
chúng, phụ tải của hệ thống điện liên tục thay đổi làm phá hủy sự cân
bằng công suất và làm tần số luôn biến động. Để duy trì tần số định
mức trong hệ thống điện yêu cầu phải thay đổi công suất tác dụng một
cách tương ứng và kịp thời.
Như vậy vấn đề điều chỉnh tần số và phân phối công suất tác dụng
giữa các tổ máy phát và giữa các nhà máy điện. Tần số được điều chỉnh
bằng cách thay đổi lượng hơi hoặc nước đưa vào tua-bin. Khi thay đổi
lượng hơi hoặc nước vào tua-bin, công suất của máy phát cũng thay đổi.

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài:
a. Mục tiêu:
- Tìm ra cách ổn định tần số trong hệ thống điện Việt Nam.
- Giúp hiểu rõ hơn về các đại lượng liên quan đến việc phát
điện.

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

3

- Đưa các thí nghiệm và kết quả thu được áp dụng vào thực tế.
Trong pham vi nghiên cứu này chúng tôi chỉ hy vọng áp dụng
nó vào việc giảng dạy cho sv chuyên ngành điện công nghiệp
ở các trường đại học.
b. Nhiệm vụ:

Tìm ra một mô hình để trình bày cho mọi người đễ hiểu.

1.3 Phạm vi nghiên cứu:
Giới hạn trong quy mô nhỏ nhằm phục vụ cho sinh viên và giảng viên
chuyên ngành điện công nghiệp nghiên cứu.

1.4 Bố cục:

Đề tài này gồm 2 phần: lý thuyết cơ bản và làm bộ thí nghiệm.

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

4

CHƢƠNG 2
2.1 Các phƣơng pháp điều khiển:
Có 3 phương pháp điều khiển: điều chỉnh tốc độ quay tua-bin sơ cấp,
điều chỉnh và phân phối công suất tác dụng giữa các máy phát làm việc
song song, tự động giảm tải theo tần số. Trong đề tài này chúng tôi lựa
chọn phương án thứ nhất để ổn định tần số.

2.2 Phân tích ƣu, nhƣợc điểm của phƣơng án đã
chọn:
2.2.1 Ƣu điểm:
 Đảm bảo cung cấp đủ công suất cho tất cả các phụ tải của hệ
thống và có dự phòng, đảm bảo tần số lưới dao động 49.5-50.5 Hz.
 Hiệu suất lớn ngoài ra phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi

và giúp người thực hiện dễ sử dụng.
 Dễ dung để điều khiển bằng biến tần.
2.2.2 Nhƣợc điểm:
2.2.2.1 Thay đổi tần số sẽ làm ảnh hưởng đến chế độ làm việc của động
cơ.
2.2.2.2 Khi giảm f1 < fđm mà các thành phần khác giữ nguyên thì mạch từ
động cơ sẽ bão hòa, điện kháng mạch từ giảm xuống và dòng từ
hóa tăng lên làm cho động cơ quá tải về từ. Còn ngược lại khi f1 >
fđm thì động cơ quá tải về dòng.

2.3 Phƣơng pháp ổn định tần số của động cơ:
Vì vậy khi thay đổi tần số f1 để điều chỉnh tốc độ người ta thường kết
hợp thay đổi điện áp stator u1 và người ta thường dùng bộ biến đổi tần
số (BT) để điều khiển tốc độ động cơ như hình 2.1

Hình 2.1: cách lắp đặt biến tần
Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

5

 Cách lắp đặt biến tần:

Hình 2.2: sơ đố nối dây của biến tần loại 0.4 – 7.5kw

Hình 2.3: sơ đố nối dây của biến tần loại 11 – 22kw
Display
FWD

REV
RUN
SET
7 segment

Sáng lên trong suốt quá trình Đèn nhấp nháy khi có lỗi
Forward chạy.
xảy ra.
Sáng lên trong suốt quá trình
Reserve chạy.
Sáng lên trong suốt quá trình
hoạt động.
Sáng lên trong suốt quá trình
cài đặt thông số.
Mô tả trạng các thái hoạt động và thông tin các thông số.

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học
Keys
STOP/RESET




UP
DOWN
LEFT



RIGHT



ENT

6

Điều khiển hoạt động
STOP: dừng điều khiển trong suốt quá trình hoạt động
RESET: điều khiển RESET khi có lỗi xảy ra
Dùng để cuộn từ đầu đến cuối các code hay tăng giá trị thông số.
Dùng để cuộn từ đầu đến cuối các code hay giảm giá trị thông số.
Dùng để nhảy sang nhóm thông số khác hoặc di chuyển con trỏ
sang trái để thay đổi giá trị thông số.
Dùng để nhảy sang nhóm thông số khác hoặc di chuyển con trỏ
sang phải để thay đổi giá trị thông số.
Dùng để cài đặt các giá trị thông số hay lưu các giá trị thông số.

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

7

CHƢƠNG 3
Mô hình bộ thí nghiệm:

Phƣơng pháp điều khiển:

Quy luật điều khiển điện áp stator khi thay đổi tần số:
Đối với hệ dùng biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả
năng quá tải về moment là không đổi trong cả phạm vi điều chỉnh tốc
độ.

Hình 3.1: xác định khả năng quá tải về môment

Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stator:
Các đặc tính cơ khi thay đổi tần số và điện áp stator với các phụ tải
khác nhau.

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

8

Hình 3.2: đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số và điện áp theo quy luật
 const với các phụ tải khác nhau
m



Các phần tử trong bộ thí nghiệm:
 bộ biến tần để ổn định tốc độ động cơ
 động cơ 3 pha không đồng bộ rotor lồng sóc
 máy phát điện 3 pha không đồng bộ

Tổng quan về động cơ không đồng bộ:
Giới thiệu:

Cấu tạo:

Động cơ điện không đồng bộ ba pha (AC Induction Motor) được sử
dụng rất phổ biến ngày nay với vai trò cung cấp sức kéo trong hầu
hết các hệ thống máy công nghiệp. Công suất của các động cơ
không đồng bộ có thể đạt đến 500 kW (tương đương 670 hp) và
được thiết kế tuân theo quy chuẩn cụ thể nên có thể thay đổi dễ
dàng các nhà cung cấp.

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

9

 Phần tĩnh: Stato có cấu tạo gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn
+ Vỏ máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch
dẫn từ. Thường vỏ máy được làm bằng gang. Đối với máy có công suất
tương đối lớn ( 1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ
máy. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau.
+ lõi sắt:
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên
để giảm tổn hao: lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép
lại.

+ Dây quấn:
Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt
với lõi sắt.
 Phần quay ( roto):
+ Rotor kiểu lồng sóc:
Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh
của lõi sắt rotor đặt vào thanh dãn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi
sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay
nhôm làm thành một cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc

Tổng quan về máy phát điện không đồng bộ:
Giới thiệu:

Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông
thường sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp
có thể là các động cơ tua bin hơi, tua bin nước, động cơ đốt trong,
tua bin gió hoặc các nguồn cơ năng khác.
Máy phát điện giữ một vai trò then chốt trong các thiết bị cung cấp
điện. Nó thực hiện ba chức năng: phát điện, chỉnh lưu, hiệu chỉnh
điện áp.

Cấu tạo:

Stator (pháön ténh)

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

10

Stator gäưm hai bäü pháûn chênh l li thẹp
v dáy qún, ngoi ra cn cọ v mạy v
nàõp mạy.

Rotor (pháưn quay)
Rotor l pháưn quay gäưm li thẹp, dáy qún
v trủc mạy

3.1.2.2.3 Kích từ máy phát điện
Máy phát điện muốn phát ra điện được, ngồi việc phải có động cơ sơ cấp
kéo, còn phải có dòng điện kích từ. Dòng điện kích từ là một dòng điện
một chiều, được đưa vào Rơ to của máy phát để kích thích từ trường của
Rơ to máy phát.
Hệ thống thiết bị tạo ra dòng điện một chiều này gọi chung là hệ thống
kích thích máy phát. Dòng điện kích thích máy phát, chủ yếu là để tạo từ
trường cho Rotor nhưng những tác động của nó còn có thể dùng để điều
chỉnh điện áp máy phát. Ngồi ra, dòng điện này còn điều chỉnh cơng suất
vơ cơng của máy phát khi máy phát nối vào lưới.
Để có thể thay đổi trị số của dòng điện kích thích nhằm đáp ứng được các
u cầu trên, cần phải có một bộ phận điều khiển. Hệ thống mạch điện để
điểu khiển dòng điện kích thích gọi là hệ thống điều khiển điện áp, hay
còn gọi tắt là bộ điều áp.
3.1.2.2.4 Điều khiển P
Cơng suất khả dụng P là cơng suất tối đa mà máy phát có thể phát được an
tồn liên tục mà khơng vi phạm các thơng số kỹ thuật khác. Thơng
thường, cơng suất định mức được tính tốn ở các điều kiện tiêu chuẩn.
Trong thực tế, các điều kiện vận hành của thiết bị có thể khơng đúng với

Ổn định tần số trong hệ thống điện

ti nghiờn cu khoa hc

11

iu kin tiờu chun. Vỡ th cụng sut kh dng thng thp hn cụng sut
nh mc.
Cỏc iu kin nh hng n cụng sut kh dng ca mỏy l:
Nhit mụi trng
S thay i ch lm mỏt ca mỏy phỏt
S lóo húa ca cht cỏch in, lm cho nhit chu ng ca mỏy phi
gim xung
Nhng gii hn ca ng c s cp kộo nú
Nhng gii hn ca cỏc thit b lp phớa sau nú: mỏy ct, mỏy bin ỏp,
ng dõy...

B bin tn:
Bộ biến đổi tần số hay còn gọi là các bộ biến tần là thiết bị biến đổi dòng
điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều có tần số khác mà
có thể thay đổi đợc.
Đối với các bộ biến tần dùng cho việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoaychiều
thì ngoài việc thay đổi tần số của chúng còn có
thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lới
cấp vào bộ biến tần.
Bin tn thay i tn s in ỏp cp ngun cho

ng c nhm iu chnh tc phự hp vi
cỏc yờu cu ca h truyn ng. Giỏ tr "tc
tham chiu" ly t b iu khin quỏ trỡnh
(lu lng hay ỏp sut). õy l b iu khin
loi PI v cú th tỏch ri hay tớch hp sn
trong bin tn. Cỏc tc tham chiu v chc nng "tng tc/ gim tc" ụi
khi cũn c s dng vn hnh theo cỏc tớn hiu iu khin logic. Ngoi
cỏc u im nh khi ng mm, bin tn cũn cú nhng tớnh nng u vit
khỏc:

iu chnh lu lng v ỏp sut mc yờu cu
Hiu sut cao hn trong ch lm vic liờn tc
T ng húa hon ton
Tit kim in nng ỏng k

n nh tn s trong h thng in

Đề tài nghiên cứu khoa học

12

Biến tần kết hợp động cơ không đồng bộ có thể thay thế giải pháp truyền
thống sử dụng van điều khiển và cho phép tiết kiệm điện năng nhờ khả năng
thay đổi tốc độ. Việc loại bỏ van tiết lưu sẽ đơn giản hóa đáng kể hệ thống
đường ống và giảm thiểu việc tổn hao áp suất.

Nhỏ gọn và kinh tế, dòng biến tần LS - iG5A manh mẽ và tối ưu hiệu suất.
Nó đáp ứng được các nhu cầu của khách hàng trong các ứng dụng: Giao
tiếp, PID control, space vector, PWM,...
IG5 có công suất: 0.37~7.5KW/200~230V 3 pha. 0.75~7.5KW/380~460V 3
pha. Nhiều chức năng cho các đầu vào số. Đầu vào tương tự: 0~10VDC,
4~20mA. Đầu ra rơle cảnh báo. Đầu ra tương tự: 0~10VDC. Có sẵn điều
khiển PID. Truyền thông: RS-48.
Đặc tính kỹ thuật:
• iG5 là dòng biến tần nhỏ gọn, đa năng và thân thiện với người sử dụng
• Công nghệ điều khiển vector không gian PWM
• Loại 1 pha 200V có công suất: 0,75 ~ 1,5kW
• Loại 3 pha 200/400V có công suất 0,75 ~ 3,7kW
• Phù hợp với các chuẩn: CE, UL, cUL
• Điều khiển vector không gian băng thuật toán algorithm điều chỉnh thăng
giáng mômen quay và low THD
• Mômen 150% tại 0,5Hz
• Tần số đầu ra 0,01 ~ 400Hz
• Tần số sóng mang 1 ~ 10kHz
• 8 cấp điều chỉnh tốc độ
• Đa chức năng, thao tác ổn định
• Cấp bảo vệ IP20
• Tích hợp giao diện truyền thông RS485/MODBUS-RTU
• 3 đầu vào đa năng, 1 đầu ra đa năng
• Ổn định dòng điện nhả tự do

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

13

• Có thể chon tăng cường mômen bằng tay/tự động
• Điều khiển remote với cable nối riêng và lắp cố định
• Tích hợp hãm cắt
• Điều khiển PID
• Tự động restart sau khi mất điện tức thời
• Bảo vệ nối sai dây nguồn/tải
• Upload và download thông số từ bộ phím
Sơ đồ kết nối phần cứng:

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

14

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

15

Một số thông số cài đặt cơ bản cho biến tần:
0.00: nhập tần số mong muốn
ACC: thời gian tăng tốc
dEC: thời gian giảm tốc
drv: chọn chiều quay cho động cơ

Frq: chọn phương pháp thiết lập tần số đặt
St1-St3: chế độ chạy nhiều cấp tần số
F30: chọn phương pháp điều khiển U/F(tuyến tính,theo đường cong hay chế
độ U/F đa điểm)
...
một số thông số cài đặt cho biến tần khi sử dụng chức năng PID:
H49: chọn chế độ PID (1-cho phép;0-không cho phép)
H50: chọn tín hiệu hồi tiếp(0-dòng 0~20mA;1-áp 0~10V)
H51: nhập KP (%)
H52: nhập KI (s)
H53: nhập KD (s)
H54: nhập độ lợi cho tín hiệu hồi tiếp
H55: nhập giới hạn trên tần số ngõ ra
H56: nhập giới hạn dưới tần số ngõ ra
H57: nhập giá trị tham chiếu
H58: chọn đơn vị tính cho PID theo % hay theo Hz
H61: thời gian chờ ngủ đông
H62: tần số ngủ đông
H63: mức khởi động lại(%)

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

16

Một số thông số cài đặt cho biến tần khi sử dụng chức năng
AutoTurning:
H41: chọn chế độ auto tuning(1-cho phép)

H42: nhập điện trở Stator của động cơ (0~28Ω)
H43: nhập điện dung của động cơ (0~300.00mH)
Khi đó biến tần sẽ tự động tính toán các thông số tối ưu cho bộ điều khiển
PID

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

17

CHƢƠNG 4
4.1 Thiết kế mô hình:

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

18

Hình 4.1: Động cơ 3 pha

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

19

Hình 4.2: mô hình khi rắp 2 máy vào

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

20

Hình 4.3: Bộ biến tần

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

21

Hình 4.4: mô hình hoàn chỉnh

4.2 Thí nghiệm:

Cho động cơ chạy ở tần số f = 50HZ, sau đó ta tăng tốc độ động cơ lên
nhờ bộ biến tần mà tần số không đổi chỉ thay đổi điện áp ra. Tương tự
khi ta cho động cơ chạy chậm lại. Chúng ta có thể thay đổi tốc độ động
cơ mà vẫn có thể giữ tần số không đổiac.

Ổn định tần số trong hệ thống điện

Đề tài nghiên cứu khoa học

22

Hình 4.5: mô phỏng trên máy tính

4.3

Ƣu, nhƣợc điểm so với các cách điều khiển khác:

Ổn định tần số trong hệ thống điện

ổn định tần số trong hệ thống điện

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về