Cải thiện hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện buôn tua shah ứng dụng bộ điều khiển PID FUZZY

Đ I H CăĐÀăN NG
TR
NGăĐ I H C BÁCH KHOA
---------------------------------------

ĐOÀNăVĔNăMINH

C I THI N H TH NGăĐI U T C NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH
NG D NG B ĐI U KHI N PID - FUZZY

LU NăVĔNăTH CăSĨăKỸ THU T

ĐƠăN ng ậ Nĕmă2018


Đ I H CăĐÀăN NG
TR
NGăĐ I H C BÁCH KHOA
---------------------------------------

ĐOÀNăVĔNăMINH

C I THI N H TH NGăĐI U T C NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH
NG D NG B ĐI U KHI N PID - FUZZY

Chuyên ngành: Kỹ thuật Đi u khi n và Tự đ ng hóa
Mã s : 8520216

LU NăVĔNăTH CăSĨăKỸ THU T

Ng

iăh

ng d n khoa h c:

TS. Nguy năVĕnăMinhăTrí

ĐƠăN ng ậ Nĕmă2018


L IăCAMăĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình khoa nào khác.
Tác gi luận văn

Đoàn Văn Minh


C I THI N H TH NG ĐI U T C NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH
NG D NG B ĐI U KHI N PID - FUZZY
Học viên: Đoàn Văn Minh Chuyên ngành: Kỹ thuật Đi u khi n và Tự đ ng hóa
Mư s : 8520216 Khóa: K33 Đắk Lắk Tr

ng Đ i học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm t t - B đi u khi n PID đư và đang đ

c ứng d ng r ng rãi nh vào những u đi m ổn
định và đáp ứng đầu ra t t. Tuy nhiên với các các h th ng mà thông sô thay đổi liên t c thì

b đi u khi PID Fuzzy sẽ khắc ph c đ c đi m y u c a đi u khi n PID kinh đi n đó là kh
năng đáp ứng t t, đ m b o tín hi u đầu ra ít bị thay đổi đ i với sự thay đổi c a các tham s
c a h th ng trong quá trình mô hình hóa cũng nh trong quá trình vận hành. Luân văn đư
xây dựng đ c mô hình h th ng đi u t c th y đi n dựa vào những nguyên lý làm vi c và
các đặc tính vật lý từ tài li u tham kh o [12][13] và thi t k b đi khi n PID Fuzzy dựa trên
những b PID kinh đi n và các nguyên tắc thi t k b đi u khi n m . Luân Văn mô ph ng
đánh giá k t qu đ t đ c giữa các b đi u đi u khi n: PID – Fuzzy, PID Ziegler – Nichols
và b đi u khi n điêu t c với thông s PID nhà máy BTS và với giá trị kh đ ng thực t t i
nhà máy BTS. Từ đó rút ra đ c những k t luận và đ a ra h ớng phát tri n ti p theo.
MPROVING THE GOVERNOR SYSTEM OF HYDRO-POWER BUON TUA SRAH
APPLICATIONS PID ậ FUZZY CONTROLLERS
Abstract - PID controllers have been widely applied due to their stable advantages and good

output response. However, for systems where the data is constantly changing, the Fuzzy
PID controller overcomes the weaknesses of the classic PID controller, which is the ability
to respond well to ensure that the output signal is less volatile for the change of system
parameters during modeling as well as during operation. The model of the hydrodynamic
speed control system based on working principles and physical characteristics from the
reference [12] [13] and Fuzzy PID controller design based on sets Classical PID and fuzzy
controller design principles. Simulation results were obtained between controllers: PID
Fuzzy, PID Ziegler - Nichols and the speed controller with the PID parameters of the BTS
plant and the actual values at the BTS plant. From there draw conclusions and give direction
to the next development.


M CL C
M

Đ U

1. Tính cấp thi t c a đ tài…………………………………………… ............ ……………1
2. M c tiêu nghiên cứu…………………………………………………............. ………….2
3. Đ i t

ng và ph m vi nghiên cứu…………………………………… ............. …………2

4. Ph ơng pháp nghiên cứu………………………………………………..............………. 2
5. B c c luận văn………………………………………………………… ..............………2
CH
NGă1 - T NG QUANG NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH VÀ H
TH NGăĐI U T C NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH...... ........................4
1.1. Tổng Quang nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah…………………… ............... …………4
1.1.1. Các công trình th y công và tuy n năng l

ng......................... ..........................4

1.1.2. Đi u chỉnh t c đ trong nhà máy đi n………………………… .............………7
1.2 Tổng quan v đi u t c nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah…………… ............………10
1.2.1 Chức năng……………………………………………………… ...........……….10
1.2.2. Thông s .............................................................................................................11
1.2.3. Cấu hình phần cứng c a b chuy n đổi .............................................................11
1.2.4. Qúa trình chuy n đổi tr ng thái làm vi c ...........................................................13
1.2.5. Nguyên lý làm vi c ............................................................................................13
1.2.6. Ch đ vận hành .................................................................................................15
1.2.7. Đặc tính kh i đ ng .............................................................................................17
1.2.8. Thông s lấy từ đi u t c .....................................................................................18
1.3 Các công trình nguyên cứu công b ………………………………… .......... …………22
1.3.1. Trong n ớc .........................................................................................................22
1.3.2. N ớc ngoài .........................................................................................................23
1.3.3. Nhận xét chung...................................................................................................25

1.4. K t luận ch ơng 1 .........................................................................................................25
CH
NGă2 ậ MO HINH HOA H TH NGăĐI U T C TURBINE TH Y
ĐI N................................................................................................................. ...................26
2.1 Mô hình hóa cơ khí đi u khi n…………………………………………… ..........…....26
2.2 Mô hình hóa Turbine th y lực…………………………...……………… ..........……..30


2.3. Mô hình hóa h th ng turbine – máy phát ....................................................................34
2.4. Tổng h p .......................................................................................................................36
2.5. K t luận ch ơng 2 .........................................................................................................37
CH

NGă3 ậ C ăS

LÝ THUY T DI U KHI N M ............................. .................38

3.1 Giới thi u chung .............................................................................................................38
3.1.1. Định nghĩa tập m ..............................................................................................40
3.1.2. M t vài d ng hàm liên t c th
3.2. Xây dựng mô hình m cho đ i t

ng đ

c sử d ng ..............................................41

ng ...........................................................................41

3.2.1. Mô hình m Mamdami.......................................................................................42
3.2.2. Mô hình m Sugeno ...........................................................................................52

3.2.3. So sánh hai lo i mô hình ....................................................................................54
3.3. Tổng h p b đi u khi n m ..........................................................................................54
3.3.1. Cấu trúc c a b đi u kh n m ............................................................................54
3.3.2. Nguyên tắc tổng h p b đi u khi n m .............................................................55
3.3.3. Các b ớc thực hi n khi xây dựng b đi u khi n m .........................................57
3.4. K t luận .........................................................................................................................58
CH

NGă4 - THI T K B

ĐI U KHI N PID - FUZZY .........................................59

4.1. Nguyên tắc chuy n đổi PID thành PID - FUZZY và các tập m t ơng ứng ................59
4.2. Xây dựng luật đi u khi n ..............................................................................................61
4.3. K t Luận Ch ơng ..........................................................................................................69
CH

NGă5 - MÔ PH NG ...............................................................................................70

5.1. Xác định thông s mô ph ng.........................................................................................70
5.2. Thông s mô ph ng .......................................................................................................71
5.3. Sơ đồ mô ph ng ............................................................................................................71
5.3.1 B đi u khi n PID- FUZZY ................................................................................71
5.3.2 B đi u khi n PID ZIEGLE - NICHOLS: ..........................................................73
5.3.3 B đi u khi n PID Dùng thông s PID Nhà máy Buôn Tua Srah ......................74

5.3.4 Tổng h p các b đi u khi n khi n ......................................................................75
5.3.5 K t Q a mô ph ng…………………………………………………. …… ........76
5.4. K t Luận Ch ơng 5 .......................................................................................................81
K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................ ...........82

DANH M C TÀI LI U THAM KH O
QUY TăĐ NHăGIAOăĐ TÀI (b n sao)
PH L C


KÝ HI U VÀ CHỮ VI T T T
CÁC KÝ HI U
f

Tần số hệ (Hz)

n

Số vòng quay Rôto của máy phát (vòng/phút)

w

T c đ máy phát (rad/s)

KP

Hằng s tỷ l

KI

Hằng s tích phân

KD

Hằng s vi phân

J

Mô men quán tính (kgm2)

Pm

Công suất cơ (MW)

Pe

Công suất điện (MW)

Tm

Mô men cơ

Te

Mô men điện

Q

Lưu lượng qua turbine (m3/s)

H

Chiều cao cột áp (m)

ag

Gia t c (m/s2)

L

Chi u dài đ

Tw

Hằng s th i gian kh i đ ng c a n ớc

ng ng áp lực (m)

H s c n
H

Hằng s quán tính máy phát

Tp

Hằng s servomotor

Ks

H s servomotor

TG

Hằng s cánh h ớng

s

Toán tử Laplace


CÁC CHỮ VI T T T
PID

B đi u khi n PID

PID-FUZZY

B đi u khi n PID - M

CCR

Phòng đi u khi n trung tâm

LCU

T đi u khi n t i ch

P/G

Công suất/ Đ m tham chi u

SD

Dãi t c đ ch t

bp(Speed droop)

T c đ thay đổi

BQ2

C m bi n cánh h ớng

H3

Cánh h ớng.

PV1

Van tỷ l

MV1

Van Chính

AMP

H s kh ch đ i van tỷ l

BQ1

C m bi n vị trí van chính

NS

Thu thập tr ng thái h th ng

FR

Tần s tham chi u

GOV

Đi u T c

YNL

Đ m không t i

YK1

góc m thứ 1

YK2

góc m thứ 2


DANH M C CÁC B NG
S hi u
hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1.1

Cửa nhận n ớc

6

1.2

Đập Tràn

7

1.3

Đ

8

1.4

Cấu hình phần cứng đi u t c

12

1.5

Sơ đồ chuy n đổi tr ng thái làm vi c

13

1.6

Sơ đồ cấu trúc h th ng đi u t c

14

1.7

Đ

ng kh i đ ng Governor

17

1.8

Đ

ng đặc tính dừng c a Governor

18

1.9

Giao di n chính c a b đi u t c

18

1.10

Chuy n đổi c t n ớc bằng tay

19

1.11

Thông s PID không t i

19

1.12

Thông s PID mang t i

19

1.13

Thông s c m bi n vị trí

20

1.14

Thông s giới h n đ m

20

1.15

Thông s t c đ đóng m cánh h ớng

20

1.16

Thông s c t n ớc

21

1.17

Thông s vòng lặp servo

21

1.18

Thông s cánh h ớng

21

1.19

Hằng s th i gian

22

1.20

K t qu mô ph ng

22

1.21

Mô hình đi u khi n

23

1.22

K t qu mô ph ng với th i gian kh i đ ng cơ khí TM

24

ng hầm áp lực


1.23

K t qu mô ph ng do tín hi u t c đ phân ph i

2.1

Sơ đồ đơn gi n nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah với đ
đơn

2.2

Sơ đồ h th ng cơ khí đi u khi n nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah

27

2.3

Sơ đồ nguyên lý c a c m van servo

28

2.4

Sơ đồ cấu trúc hàm truy n c a c m van servomotor cơ th y lực

29

2.5

Sơ đồ cấu trúc hàm truy n c a c m van servormotor cơ đi n

29

2.6

Sơ đồ cấu trúc hàm truy n rút gọn c a c m van servormotor cơ đi n

30

2.7

Sơ đồ tổng quang c a nhà máy th y đi n

30

2.8

Mô hình c a turbine

34

2.9

Mô hình c a turbine – máy phát

36

2.10

Mô hình phi tuy n h th ng đi u t c turbine th y đi n.

37

3.1

Sơ đồ kh i chức năng các b đi u khi n m .

42

3.2

Hàm liên thu c c a luật h p thành

46

3.3

Gi i m bằng ph ơng pháp cực đ i

48

3.4

Gi i m theo nguyên lý trung bình

49

3.5

Gi i m theo nguyên lý cận trái

49

3.6

Gi i m theo nguyên lý cận ph i

50

3.7

Gi i m theo ph ơng pháp trọng tâm

50

3.8

Cấu trúc c a b đi u khi n m cơ b n

55

4.1

H th ng fuzzy

60

4.2

M i liên h n giữa các mức c a e và edot

60

4.3

M i liên h n giữa các mức c a Kpp và Kdp

61

24
ng ng áp lực

26


4.4

M i liên h n giữa các mức c a α

61

4.5

Tín hi u đầu ra c a PID

61

4.6

Bô đi u khi n PID - FUZZY

64

4.7

Vùng sai lêch e

64

4.8

Vùng sai lêch de

65

4.9

Đầu ra Kp

65

4.10

Đầu ra Kdp

66

4.11

Đầu ra α

66

4.12

Ph ơng pháp trọng tâm

67

5.1

Hàm truy n h kín

70

5.2

Sơ đồ mô ph ng hàm truy n h kín

70

5.3

K t qu mô ph ng th hi n trong Scope

71

5.4

Sơ đồ tổng quang c a h th ng điêu t c với b đi u khi n PID-FUZZY

72

5.5

B đi u khi n PID-FUZZY K t h p với khâu khu ch đ i

72

5.6

B đi u khi n PID-FUZZY

73

5.7

Mô hình đi u t c turbine th y đi n

73

5.8

Sơ đồ tổng quang c a h th ng điêu t c với b đi u khi n PID
ZIEGLER - NICHOLS

74

5.9

B đi u khi n PID ZIEGLER - NICHOLS

74

5.10

Sơ đồ tổng quang c a h th ng điêu t c với thông s PID nhà máy BTS

75

5.11

B đi u khi n điêu t c với thông s PID nhà máy BTS

75

5.12

Tổng h p các b đi u khi n điêu t c

76

5.13

K t qu mô ph ng b đi u khi n PID – FUZZY(Hmax)

77

5.14

K t qu mô ph ng b đi u khi n PID ZIEGLER – NICHOLS(Hmax)

77


5.15

K t qu mô ph ng b đi u khi n dùng thông s PID nhà máy Buôn Tua

Srah(Hmax)

78

5.16

K t qu mô ph ng t c đ các b đi u khi n với Hmax

78

5.17

K t qu mô ph ng t c đ các b đi u khi n với Hmax đ
các đi m xác lập

5.18

K t qu mô ph ng t c đ các b đi u khi n với Hmin

5.19

K t qu mô ph ng t c đ các b đi u khi n với Hmin đ
các đi m xác lập

5.20

Hình t c đ kh i đ ng c a nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah

c phóng to t i

79
79

c phóng to t i

80
80


1

M

Đ U

1. Tính c p thi t c aăđ tài
Trong sự phát tri n kinh t đất n ớc, th y đi n đóng vai trò vô cùng to lớn, là m t
cấu phần quan trọng c a ngành đi n đ m b o cung ứng đi n cho h th ng đi n Vi t Nam,
đặc bi t trong b i c nh s n l ng đi n từ than, dầu m … đang dần c n ki t. Th y đi n
chi m kho ng 15-20% tổng s n l ng đi n c a th giới và chi m tới 95% tổng s n l ng
năng l ng tái t o. Và t i Vi t Nam, th y đi n hi n vẫn chi m kho ng 35% tổng s n l ng
đi n toàn h th ng.
Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah nằm trên khu vực Nam Tây nguyên, công suất
máy phát lớn (86 MW), k t n i l ới 500 kV Đắk Nông và các tr m 220kV Buôn Ku p đ
cung cấp đi n cho Mi n Nam. S n l ng đi n trung bình năm 358,6 tri u kW
Hồ Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah là hồ đi u ti t năm nên Không chỉ đóng góp
s n l ng đi n cho vi c đ m b o cung ứng đi n, th y đi n Buôn Tua Srah còn góp phần
quan trọng trong vi c t o nguồn lực phát tri n kinh t - xã h i t i địa ph ơng. đi u ti t n ớc
ch ng h n cho s n xuất lúa, hoa màu, cây công nghi p cà phê, ca cao...đi u ti t lũ đ h n
ch ngập l t cho khu vực h l u.

Với vài trò Nhà máy Th y đi n cấp 2 thì Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah ph i có
th i gian kh i đ ng và dừng máy nhanh, t c đ tăng/gi m t i nhanh đ đáp ứng nhu cầu c a
h th ng và h th ng đi u t c Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah giữa vai trò ch đ o đ
đáp ứng những yêu cầu. Với các chức năng chính c a h th ng đi u t c:
 Kh i đ ng và dừng máy;
 Giữ t c đ ổn định c a tổ máy khi hòa l ới hoặc khi mất t i đ t ng t;
 Chuy n đổi các tín hi u đi u khi n đi n sang các tín hi u th y lực đ có th đi u
khi n xy lanh th y lực đ đóng m cánh h ớng cho tổ máy;
 Đi u khi n và đi u chỉnh t c đ c a tổ máy theo các ch đ vận hành;
 Dừng máy bình th ng và dừng khẩn cấp khi có sự c .

Đi u t c nhận các tín hi u v c t n ớc, đ m cánh h ớng, công suất, t c đ và
tần s l ới đ đi u chỉnh tổ máy. Có 3 ch đ ho t đ ng chính: openning control, power
control và frequencey control. B đi u khi n trung tâm PID nhận các tín hi u sai s v đ
m cánh h ớng, công suất, t c đ và tần s l ới từ đó xuất tín hi u đi đi u khi n đ đ t giá
trị mong muôn.
Qúa trình đi u chỉnh t c đ c a đi u t c Buôn Tua Srah trong quá trình kh i
đ ng đ n đ t t c đ định mức còn chậm, đi u này kéo theo kh năng đáp ứng ph t i c a
nhà máy bị chậm đi, nh h ng đ n chất l ng c a h th ng và phát sinh s n l ng Qdu
âm.
Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah tham gia thị tr ng phát đi n c nh tranh nên
ph i đáp ứng đ c các y u t v th i gian cung cấp đi n theo yêu cầu c a tổ thị tr ng đi n
A0 đ từ đó đ m b o đ c nhu cầu c a h th ng và tính kinh t cho nhà máy. Từ các y u t
trên ta thấy cần thi t ph i nghiên cứu đ a ra c i ti n chất l ng đi u khi n c a H th ng
đi u t c trong quá trình kh i đ ng tổ máy đ h th ng làm vi c đ c t t, nhanh va tin cậy
hơn.


2

2. M c tiêu nghiên c u

 Nâng cao kh năng đáp ứng t c đ c a h th ng đi u t c turbine phát đi n.

 Tìm ra ph ơng pháp đi u khi n t i u nhất, tính toán các khâu đi u khi n đ xây

dựng mô hình đi u khi n.
 Xây dựng đ

c mô hình đi u khi n t i u và mô hình toán học c a h th ng đi u

t c nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah đ áp d ng vào thực ti n trong vi c đi u chỉnh t c đ
c a Turbine - máy phát nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah.
3. Đ iăt

ng và ph m vi nghiên c u

-Đ it

ng nghiên cứu là h th ng đi u t c (GOV) Turbine – máy phát trong nhà máy

th y đi n Buôn Tua Srah.
- Ph m vi nghiên cứu:

 Ph m vi nghiên cứu là đi u khi n h th ng đi u t Nhà máy Th y đi n Buôn Tua

Srah sử d ng b đi u khi n PID - FUZZY, chỉ thực hi n mô ph ng k t qu trên phần m m
Matlab Simulink, không thực hi n trên thi t bị thực t .

 Nguyên cứu chuyên sâu lý thuy t đi u khi n PID – FUZZY.

 Nghiên cứu và xây dựng mô hình đi u khi n t i u cho b đi u t c Turbine c a
nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah

 Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là nhà máy có mô hình đ

ng ng áp lực đơn,

cho nên ta xem:
 Sức c n th y lực là không đáng k có th b qua.
 Đ ng ng áp lực là không đàn hồi và n ớc trong đ

nén đ

c.

4. Ph

ngăphápănghiênăc u

ng ng là không

 Xem c t n ớc là c định.

Đ thực hi n nghiên cứu đ tài khoa học này, thì cần ph i k t h p 2 ph ơng pháp sau:
- Nghiên cứu lý thuy t đi u khi n PID – FUZZY.
- Nghiên cứu xây dựng mô hình toán học đi u t c Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah
- Dựa trên các mô hình toán học, nghiên cứu và áp d ng lý thuy t c a h th ng đi u
khi n PID – FUZZY.
- Sử d ng công c Matlab đ mô ph ng, đánh giá và rút ra k t luận.

5. B c c lu n vĕn


3

Luận văn đ

c chia làm 05 ch ơng với các n i dung chính c a m i ch ơng nh sau:

Ch ngă1:ăT ng quan v nhà máy th yăđi n Buôn Tua Srah và h th ngăđi u
t c nhà máy th yăđi n Buôn Tua Srah;
- 1.1 Tổng quan v nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah;
- 1.2 Tổng quan v h th ng đi u t c nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah.
- 1.3 Các công trình nghuyên cứu công b
- 1.4 K t Luận ch ơng 1
Ch ngă 2:ă Xơyă dựngă đ
Th yăđi n Buôn Tua Srah

c mô hình toán h c c a h th ngă đi u t c nhà máy

- 2.1 Mô hình hóa cơ khí đi u khi n
- 2.3 Mô hình hóa Turbine th y lực
- 2.4 Mô hình hóa h th ng turbine – máy phát
- 2.5 Tổng h p
- 2.6 K t Luận ch ơng 2
Ch

ngă3:ăT ng quan v Lý thuy tăđi u khi n M
- 3.1 Giới thi u chung
- 3.2 Xây dựng mô hình m cho đ i t

- 3.3 Tổng h p b đi u khi n m
- 3.4 K t luận ch ơng 3

Ch

ng

ngă4:ăThi t k b đi u khi n PID - FUZZY.
- 4.1 Nguyên tắc chuy n đổi PID thành PID - FUZZY và các tập m t ơng ứng.
- 4.2 Xây dựng luật đi u khi n.
- 4.3. K t Luận Ch ơng 4

Ch

ngă5.ăMô ph ng
- 5.1. Xác định thông s mô ph ng
- 5.2 Thông s mô ph ng
- 5.2. Sơ đồ mô ph ng
- 5.4.K t Luận Ch ơng 5


4

Ch

ngă1 - T NG QUANG NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH VÀ H
TH NGăĐI U T C NHÀ MÁY TH YăĐI N BUÔN TUA SRAH

1.1 T ng Quang nhà máy th yăđi n Buôn Tua Srah
Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là m t công trình nằm trong quy ho ch các nhà

máy th y đi n bậc thang trên sông Srêpôk. Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah đ c kh i
công xây dựng vào ngày 25 tháng 11 năm 2004, nằm trên dòng sông Krông Nô (M t
nhánh c a sông Srêpôk) thu c địa phận xã Nam Ka huy n Lắk c a tỉnh Đắk Lắk và xã
Qu ng Phú, huy n Krông Nô c a tỉnh Đắk Nông, cách trung tâm thành ph Buôn Ma
Thu t 90km theo đ ng qu c l 27.
Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah gồm 2 tổ máy với tổng công suất lắp máy
86MW, công suất đ m b o 21MW. Nhi m v chính c a công trình là cung cấp đi n
l ng trung bình hàng năm 358,5 tri u kWh đi n thông qua 2 đ ng dây 220kV Buôn
Tua Srah - Đắk Nông và Buôn Tua Srah - Buôn Kuôp. Ngoài ra công trình còn làm tăng
37,6MW công suất đ m b o, 77 tri u kWh đi n l ng trung bình hàng năm cho th y
đi n Buôn Ku p và 20,9MW công suất đ m b o, 34,8 tri u kWh cho th y đi n Srêpok
3. Tổ máy đầu tiên c a nhà máy đ c hòa l ới đi n qu c gia vào ngày 07/09/2009, tổ
máy s 2 hòa l ới ngày 21/12/2009.
Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là nhà máy đầu nguồn trong h th ng các nhà
máy th y đi n bậc thang trên sông Srêpôk. Hồ chứa n ớc nhà máy th y đi n Buôn Tua
Srah có dung tích hữu ích 522,6 tri u m3, là hồ đi u ti t năm nên có kh năng đi u ti t cắt
lũ gi m nhẹ thi t h i do lũ gây ra cho vùng h du, giữ và cung cấp n ớc t ới tiêu cho
hàng ngàn hecta đất nông nghi p vùng h du vào mùa khô h n. Không những th hồ
chứa nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah còn t o ra m t môi tr ng không khí mát mẻ
cho nhân dân s ng quanh khu vực, t o môi tr ng t t đ phát tri n ngành nuôi trồng
th y s n... góp phần gi i quy t công ăn vi c làm cho địa ph ơng.
Công trình nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là m t công trình quan trọng trong
h th ng các nhà máy th y đi n bậc thang trên sông Srêpôk, nó vừa có chức năng đi u
ti t cắt lũ cho h du, cấp n ớc ph c v nông nghi p cho mùa khô, góp phần gi m gánh
nặng thi u đi n cho h th ng đi n qu c gia, tăng công suất, đi n năng cho các nhà máy
phía sau... góp phần phát tri n kinh t đất n ớc.
1.1.1 Các công trình thủy công và tuyến năng lượng
1.1.1.1 Lưu vực h chứa đập ch nh
a. L u vực
L u vực là phần di n tích b mặt đất trong tự nhiên mà mọi l

xu ng sẽ tập trung l i và thoát qua m t cửa ra duy nhất.

ng n ớc m a khi rơi

Các thông s v l u vực:
-

Di n tích l u vực

2930km2

-

L

1950mm

-

L ul

ng m a trung bình nhi u năm
ng trung bình nhi u năm

102m3/s

b. Hồ chứa
Hồ chứa là nơi tích n ớc t o năng l ng đ s n xuất đi n năng. Ngoài ra còn chức
năng cắt gi m đỉnh lũ vào mùa m a và đi u ti t n ớc ph c v s n xuất nông nghi p vào

5

mùa khô. Hồ Buôn Tua Srah có dung tích hữu ích lớn nên thu c lo i đi u ti t năm.
Các thông s hồ chứa:
-

Mực n ớc dâng bình th

-

Mực n ớc ch t (MNC)

465m

-

Mực n ớc gia c

489.5m

-

Mực n ớc lớn nhất ứng với P = 0,5%

487.82m

-

Mực n ớc lớn nhất ứng với P = 0,1%

489.5m

-

Dung tích toàn phần (Wtb)

786.9x106m3

-

Dung tích hữu ích (Whi)

522.6x106m3

-

Dung tích ch t (Wc)

264.2x106m3

ng (MNDBT)

ng (MNGC)

487.5m

c. Đập chính
Đập chính có nhi m v ngăn dòng ch y tích n ớc cho hồ chứa Buôn Tua Srah.
Đập chính cũng là nơi chịu áp lực lớn và đ

ch ng thấm.

c làm bằng đá đổ với l i giữa bằng đất

Các thông s cơ b n:
-

Cao trình đỉnh đập

492.3m

-

Chi u cao đập lớn nhất

83m

-

Chi u r ng đỉnh đập

8m

-

Chi u dài theo đỉnh đập

1041.14m

d. Cửa nhận n ớc:

Cửa nhận n ớc có chức năng h ớng n ớc từ hồ chứa vào đ ng hầm áp lực đ quay
bánh xe công tác. Ngoài ra nh các thi t bị đ c b trí t i đây thì cửa nhận n ớc còn có chức
năng ngăn rác từ hồ vào turbine, đóng đ ng hầm dẫn n ớc khi dừng máy sự c , n p xư n ớc
đ ng hầm.


6

Hình 1.1 Cửa nhận n ớc
e. Đập tràn
Đập tràn nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah làm bằng bê tông c t thép, có 3 khoang xư
tràn và đ c vận hành bằng cửa van cung. Các thi t bị chính t i đập tràn đ c lắp đặt đ vận
hành các h ng m c t i đập tràn, đ x lũ và đi u ti t n ớc cho h l u gồm các thi t bị: Cửa van
cung, cửa sửa chữa, nhà vận hành đập tràn, cẩu tr c chân dê.


7

Hình 1.2 Đập Tràn
Chú thích
1

Cửa van sửa chữa

2

Khe phay cho cửa van sửa chữa

3

Cửa van cung

4

Rưnh tr

5

Xylanh th y lực nâng h cửa van cung

6

Cẩu tr c chân dê

7

Dầm nâng cửa sửa chữa

8

Thang lên xu ng

9

Kho van

t cho cửa van cung

10 G i quay cửa van cung
Thông s đập tràn:

-

Ki u đập

Bê tông c t thép

-

Cao trình ng

ng tràn trên

488m

-

Cao trình ng

ng tràn d ới

473.5m

-

Cao trình mũi phóng

449m


8

-

Cao trình h tiêu năng

420m

-

L ul

4216.6m3/s

f. Đ

ng xư thi t k ứng với P 0.1

ng hầm

Đ ng hầm có nhi m v dẫn n ớc từ cửa nhận n ớc vào buồng xoắn Turbine đ quay
bánh xe công tác.
Nhà máy Th y đi n Buôn Tua Srah sử d ng hai đ ng dẫn riêng bi t cho hai tổ máy.
Chi u dài đ ng hầm 172.3m, đ ng hầm có đ ng kính 5.5m t i cửa nhận n ớc cao trình
452.5m đ n tr ớc buồng xoắn cao trình 425.6m tính từ đáy . Đ ng hầm chia làm các phân
đo n và đ d c cũng khác nhau, đ ng hầm đ c bọc bằng bê tông c t thép, riêng hai đo n đầu
phía cửa nhận n ớc và phía giáp nhà máy đ c lót bằng ng thép và m t s đo n đ c gia c
bằng bê tông c t thép. L u l ng thi t k t i đa cho 2 đ ng hầm là 204.9m3/s.

Hình 1.3 Đ

ng hầm áp lực

Các thông s cơ b n:
-

S l

ng đ

ng hầm

2

-

Chi u dài đ

ng hầm

172.3m

-

L ul

-

Đ

ng thi t k cho 2 đ

ng kính đ

ng hầm

ng hầm

204.9m3/s
5.5m

1.1.1.2 Các thiết bị cơ điện tại nhà máy và trạm phân phối 220kV
Nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah gồm có 2 tổ máy, công suất lắp máy 86MW. Nhà
máy đ

c xây dựng cơ b n bằng bê tông c t thép, gồm có 5 cao trình chính: 426m, 429m,

433m, 439.6m và 444.05m. Nhà máy thuỷ đi n đ

c t o nên b i các thành phần nh sau:

Tuabin, máy phát đi n, máy bi n áp chính T1, T2, h th ng kích từ, h th ng đi u t c, các
thi t bị khác và tr m đi n phân ph i.
a. Máy phát


9

Máy phát đi n nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah là lo i máy phát đi n đồng b 3 pha
rotor cực lồi, ki u tr c đứng
-

Hãng ch t o

: DEC, China

-

Lo i Máy phát

: Nữa dù SF43-40/7250

-

Công suất định mức

: 50,6 MVA (43MW)

-

H s công suất định mức

: 0,85

-

Đi n th định mức

: 13,8 kV

-

Dòng đi n định mức

: 2116,5A

-

Tần s định mức

: 50Hz

-

Tóc đ quay định mức

: 150 vòng/ phút

-

Tóc đ quay lồng t c định mức

: 290 vòng/ phút

-

Moment quán tính (GD2)

: 6000 Tm2

-

Công Suất Qdm phát ra Uđm, 0,85

: 26,66 MVAr

-

Công Suất Qdm nhận vào Uđm, 0,85

: 26,66 MVAr

-

Tổng tổn thất Maý phát

: 965,1 kW

-

Cấp tăng nhi t đ

:B

-

Cấp cách đi n

:F

-

Nhi t đ tăng vận hành bình thu ng

: 80 K

-

Nhi t đ tăng vận hành không th

: 85 K

-

Tỉ s ngắn m ch

ng xuyên.

:>1

b. Máy bi n áp chính T1, T2
Máy bi n áp (MBA) chính T1, T2 nhà máy th y đi n Buôn Tua Srah đ c dùng đ
bi n đổi đi n áp từ 13,8 kV lên thành 220 kV. Phía h áp 13,8 kV đ c n i với đầu cực máy
phát qua máy cắt đầu cực, phía cáo áp đ c n i với tr m phân ph i ngoài tr i 220kV – 110
kV
-

Nhà s n xuất

: TBEA Hengyang TraATformer

-

Lo i

: SF-5100/220

-

Tần s định mức

: 50

-

Sơ đồ đấu dây

: Yn d11

-

Đi n áp định mức nấc chính

-

 HV

 LV

: 230 kV

Đi n áp định mức trung tính

: 110 kV

: 13.8 kV


10

-

-

Công suất định mức
+ ONAF

: 51 MVA

+ ONAN

: 38.25 MVA

Dòng định mức nấc chính (ONAF)

 HV

 LV

: 128 A

-

Dòng định mức chịu đựng ngắn h n

: 31.5 kA

-

Kho ng th i gian ngắn định mức

:3s

-

Đi n áp ngắn m ch (UN)

: 12.5%

-

Tổn thất không t i (P0)

: 45 kW

-

: 2133.7 A

Tổn thất có t i

: 180 kW

H th ng làm mát.
-

Lo i

-

S l

: PC2600-25/520
ng b t n nhi t

: 10 b

c. Tuabin
Turbine th y đi n Buôn Tua Srah là lo i Turbine Francis, cấu t o c a Turbine bao gồm: tr c
Turbine, ổ h ớng Turbine, bánh xe công tác (BXCT), buồng xoắn, côn hút, cánh h ớng,
servomotor, các thi t bị đo l ng, b o v và hi n thị.
Thông s kỹ thuật:
-

Lo i turbine

Francis tr c đứng

-

Công suất

44.15MW

-

T c đ định mức

150v/p

-

T c đ lồng t c

290v/p

-

C t n ớc lớn nhất Hmax

58.5m

-

C t n ớc tính toán Htt

46.5m

-

C t n ớc nh nhất Hmin

34.4m

-

L u l ng tính toán

106.58m3/s

-

S cánh BXCT

13 cánh

-

S cánh h ớng đ ng

24 cánh

-

S cánh h ớng tĩnh

24 cánh

1.2 T ng quan v đi u t c nhà máy th yăđi n Buôn Tua Srah:
1.1.1 Chức năng:
- Giữ t c đ ổn định c a tổ máy và đi u chỉnh t c đ c a tổ máy trong quá trình

kh i đ ng và dừng máy và trong quá trình mang t i.


11

Chuy n đổi các tín hi u đi u khi n đi n sang các tín hi u th y lực đ có th đi u
khi n xy lanh th y lực đ đóng m cánh h ớng cho tổ máy.
- Đi u khi n và đi u chỉnh t c đ c a tổ máy theo các ch đ vận hành.
- Tự đ ng kh i đ ng tổ máy, vận hành trong đi u ki n không t i, có t i theo trình tự
vận hành.
- Dừng máy bình th ng và dừng khẩn cấp khi có sự c .
1.1.2 Thông số:
-

H th ng đi u t c :
- Hãng ch t o
: DEC, CHINA.
- Lo i
: HGS-H21-50-140
- Mức đ quét b đi u t c
: 40ms
- Đ nh y đi u chỉnh t c đ
: 0,02%
- Dãi ch t c a t c đ tổ máy
: ≤ 0,02
- Đ chính xác đi u chỉnh t c đ
: 0,1%
- Đ chính xác đi u chỉnh công suất
: 0,1%
- Đ chính xác đi u chỉnh cánh h ớng : 0,1%

- Đ chính xác ph n hồi servomotor
: 0,1%
- Th i gian ch t c a servomotor
: Tq < 0,2 s
- Lo i thi t bị c m bi n t c đ
: Bi 5
- Đ chính xác c m bi n t c đ
: 0,02%
- Kích th ớc t đi u t c
: 800 x 600 x 2260
- Đ l i khâu tỷ l
: 0- 20
- Đ l i khâu tích phân
: 0-10 l/s
- Đ l i khâu vi phân
: 0-5 s
- Dưy cài đặt tần s
: 45 - 55
- Dưy cài đặt công suất
: 0-100%
- Dưy cài đặt giới h n đ m đi n
: 0-100%
- Dãy ch t nhân t o cài đặt c a tần s
: ± 5HZ
- Speed droop
: bp 0~10%.
- Nguồn cấp DC
: 220V
- Nguồn cấp AC
: 220V 50Hz

1.1.3 Cấu hình phần cứng cho bộ chuyển đổi


12

Hình 1.4 Cấu hình phần cứng đi u t c
H th ng đi u t c đ c tách thành 2 phần riêng bi t. M t là phần giao di n giữa ng i
đi u khi n và ch ơng trình đi u khi n (MMI), phần còn l i là b đi u khi n và chuy n đổi
PAC A và PAC B , trong đó:
- MMI là thi t bị có chức năng hi n thị và đi u chỉnh các thông s P&I&D
hi n thị các tr ng thái vận hành và danh sách l i khi có sự c x y ra. Ngoài ra thi t bị này
còn đ c sử d ng trong quá trình thử nghi m h th ng đi u t c c a tổ máy.
- H th ng đi u t c đ c trang bị 2 b đi u khi n (PAC A & PAC B) ho t
đ ng dự phòng cho nhau. M i b đ c trang bị các module CPU, DI/DO, AI/AO gi ng
nhau. Các b đi u khi n này có chức năng thu thập các dữ li u c a h th ng, chuy n đổi
các tín hi u đi đi u khi n cánh h ớng thực hi n các chức năng b o v và giao ti p thông
tin với h th ng SCADA c a nhà máy. Khi m t trong hai b bị sự c thì nó sẽ tự chuy n đổi
qua b còn l i đ ti p t c đi đi u khi n mà không gây ra xáo tr n gì trong h th ng. N u c
hai b bị sự c thì h th ng sẽ đ c chuy n từ ch đ vận hành tự đ ng sang ch đ vận
hành bằng tay.
- M i b PAC có m t module đo l ng tần s , m i module này bao gồm 2
kênh đo l ng tần s cho máy và chúng có chức năng dự phòng cho nhau. Khi c 2 kênh
này bị h h ng thì h th ng sẽ chuy n sang ch đ vận hành bằng tay mà không nh h ng
tới vị trí đ m cánh h ớng hi n t i.
- Nguồn cung cấp cho h th ng đ c lấy từ 2 nguồn AC và DC đ đ m b o
nguồn DC24V đ c cung cấp bình th ng và liên t c.
- Phát hi n các sự c v tần s c a tổ máy, tần s c a l ới đi n, ngõ vào/ra các
tín hi u s , ngõ vào/ra các tín hi u t ơng tự, tín hi u thông tin đ ti n hành các cấp b o v .
1.1.4 Quá trình kiểm tra và chuyển đổi các trạng thái làm việc hệ thống điều tốc
1.1.4.1 Quá trình kiểm tra trạng thái làm việc :

Trong quá trình vận hành bình th ng h th ng Governor sẽ ki m tra các tr ng thái
ho t đ ng c a các thi t bị: đ dịch chuy n cánh h ớng, máy cắt đầu cực, ch đ vận hành tự