(Luận văn thạc sĩ) ứng dụng logic mờ để nâng cao chất lượng điều khiển công suất nhà máy thủy điện đăkrơsa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN HUY QUYỀN

NGUYỄN HUY QUYỀN

ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT NHÀ MÁY

C
C

THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

R
L
T.

U
D

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

K37

Đà Nẵng – Năm2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HUY QUYỀN

ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT NHÀ MÁY

C
C

THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA

R
L
T.

Chuyên nghành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số

U
D

: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Lê Tiến Dũng

Đà Nẵng – Năm 2020

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn : "Ứng dụng logic mờ để nâng cao chất lượng
điều khiển công suất nhà máy thủy điện ĐăkRơSa ” là cơng trình nghiên cứu tự bản
thân tơi thực hiện. Các số liệu tham khảo, trích dẫn và kết quả nêu trong luận văn là
trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Học viên

C
C

R
L
T.

Nguyễn Huy Quyền

U
D


TÓM TẮT
ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA
Học viên

:

Nguyễn Huy Quyền

Chuyên ngành :

Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Mã số: 8520216

Khóa: K37. Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Hiện nay Năng lƣợng là lĩnh vực quan trọng đối với sự phát triển
của một quốc gia nói riêng trên tồn thế giới nói chung, các nguồn năng lƣợng đƣợc
tạo ra từ thủy điện, năng lƣợng tái tạo ln là nguồn năng lƣợng sạch, ổn định, chi phí
thấp và ít ảnh hƣởng đến mơi trƣờng ln đƣợc các Quốc gia trên tồn thế giới quan
Tâm phát triển. Chính vì vậy địi hỏi phải có những giải pháp kỹ thuật các vấn đề trên
một cách linh hoạt và hiệu quả.

C
C

Nhà máy thủy điện Đăkrơsa với lợi thế địa lý có độ dốc lớn, là khu vực có tiềm
năng lớn về thuỷ điện có lƣợng mƣa trung bình hàng năm lớn, hệ thống sông suối dày

R
L
T.

đặc với độ dốc lớn, thung lũng hẹp, nƣớc chảy xiết và là nơi đầu nguồn của các sơng
lớn có tiềm năng thủy điện. Nhà máy thủy điện Đăkrơsa rất phù hợp làm đối tƣợng
nghiên cứu trong đề tài này.

U
D

APPLICATION OF FUZZY LOGIC QUALITY IMPROVEMENT
CAPACITY CONTROL OF DAKROSA HYDROPOWER
Abstract - Currently, Energy is an important field for the development of a
country in particular around the world in general, energy sources are generated from
hydroelectricity, and renewable energy is always a clean and stable source of energy.
countries with low cost and low environmental impact have always been interested in
developing countries all over the world. Therefore, it is required to have technical
solutions to the above problems in a flexible and effective way. Dak Lak hydroelectric
power plant with geographical advantages is steep, is an area with great potential for
hydroelectricity with large average annual rainfall, dense river system with great slope,
narrow valley, water it is fast flowing and is the source of large rivers with
hydropower potential. Dakrosa hydroelectric power plant is very suitable as the
research subject in this topic.


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………....……………
TÓM TẮT …………………………………………………………………………….
MỤC LỤC .........................................................................................................................
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................................
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ .........................................................................................
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU ............................................................................................
LỜI NĨI ĐẦU ................................................................................................................. 1
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC .................... 3

C

C

NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA ........................................................................... 3
1.1 Tổng quan về nhà máy thủy điện Đăkrơsa .............................................................. 3

R
L
T.

1.1.1 Vị trí địa lý cơng trình thủy điện Đăkrơsa............................................................ 3

U
D

1.1.2 Thơng số cơ bản cơng trình .................................................................................. 4
1.2 Các Hạng mục chính của Cơng trình ..................................................................... 4
1.2.1 Hồ chứa nƣớc thủy điện Đăkrơsa ......................................................................... 4
1.2.2. Đập thủy điện Đăkrơsa ........................................................................................ 4
1.2.3 Nhà máy thủy điện Đăkrơsa ................................................................................. 6
1.3. Thiết bị thủy lực chính của nhà máy thủy điện ...................................................... 6
1.3.1. Hệ thống turbine nhà máy thủy điện Đăkrơsa ..................................................... 7
1.3.2. Máy phát nhà máy thủy điện Đăkrơsa................................................................. 9
1.3.3 Hệ thống điều tốc thủy điện Đăkrơsa ............................................................... 12
Chƣơng 2 - XÂY DỰNG MƠ HÌNH TOÁN HỌC CHO NHÀ MÁY ......................... 16
THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA ............................................................................................. 16
2.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 16
2.2 Mơ hình tốn học các khối chức năng của nhà máy ............................................ 16
2.2.1 Đƣờng ống chính ................................................................................................ 16
2.2.4 Lƣu lƣợng đƣờng ống nhánh .............................................................................. 25

2.2.5 Turbine ............................................................................................................... 29
2.3 Mơ hình tốn học tổng nhà máy thủy điện Đăkrơsa ............................................. 30
Chƣơng 3 - ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU
TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ..................... 31
3.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 31
3.2. Tổng quan về logic mờ ứng dụng trong điều khiển ............................................. 32
3.3. Giải pháp đề xuất ứng dụng logic mờ để nâng cao chất lƣợng điều khiển công
suất nhà máy thủy điện Đăkrơsa ................................................................................. 38
3.4 Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................ 45
Chƣơng 4 - MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ................................................. 46
4.1. Mô phỏng hệ thống điều tốc hiện tại của nhà máy .............................................. 46

C
C

4.2 Sơ đồ mơ phỏng hệ thống với thuật tốn điều khiển đề xuất ................................ 52

R
L
T.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 55

U
D

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 56

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3. 1 Luật hợp thành bộ điều khiển mờ cho KP ..................................................... 43
Bảng 3. 2 Luật hợp thành bộ điều khiển mờ cho KI ...................................................... 44
Bảng 3. 3 Luật hợp thành bộ điều khiển mờ cho KD ..................................................... 44
Bảng 4. 1 Các thông số dùng trong mơ hình Matlab .................................................... 50

C
C

U
D

R
L
T.


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Nhà máy thủy điện Đăkrơsa nhìn từ thượng lưu ............................................. 4
Hình 1. 2 Mặt cắt cơng trình Dập thủy điện Đăkrơsa..................................................... 5
Hình 1. 3 Đập dâng nhà máy thủy điện Đăkrơsa ............................................................ 5
Hình 1. 4 Kênh dẫn nhà máy thủy điện Đăkrơsa ............................................................ 6
Hình 1. 5 Tổng quan hệ thống van cánh hướng, turbine, máy phát ................................ 7
Hình 1. 6 Tuabine tổ máy Đăkrơsa ................................................................................. 7
Hình 1. 7 Turbine Francis – Trục Ngang ....................................................................... 8
Hình 1. 8 Cấu tạo Rotor máy phát điện 3 pha đồng bộ ................................................ 11
Hình 1. 9 Hình ảnh hệ thống điều tốc thủy điện Đăkrơsa ............................................. 13
Hình 2. 1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thủy lực NMTĐ Đăkrơsa ............................... 16
Hình 2. 2 Sơ đồ khối các thành phần chức năng chính NMTĐ Đăkrơsa..................... 17

C
C

Hình 2. 3 Đường ống chính ........................................................................................... 18

R
L
T.

Hình 2. 4 Mơ hình tốn cột nước tổng .......................................................................... 21
Hình 2. 5 Mơ hình hóa van servo .................................................................................. 22
Hình 2. 6 Hệ thống thủy lực các đường ống phụ .......................................................... 22
Hình 2. 7 Sơ đồ khối các đường ống phụ ...................................................................... 23
Hình 2. 8 Mơ hình để tính cột nước áp lực H1 .............................................................. 25
Hình 2. 9 Mơ hình tính lưu lượng qua ống dẫn phụ Q1 ................................................ 29
Hình 2. 10 Mơ hình tính cơng suất cơ turbine .............................................................. 29
Hình 2. 11 Mơ hình tốn học tổng NMTĐ Đăkrơsa...................................................... 30
Hình 3. 1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống điều tốc ............................................... 31
Hình 3. 2 Mô tả các giá trị ngôn ngữ bằng tập mờ [2] ................................................. 34

U
D

Hình 3. 3 Quy tắc hợp thành MIN (a), Quy tắc hợp thành PROD (b) .......................... 36
Hình 3. 4 Cấu trúc của một bộ điều khiển mờ ............................................................... 36
Hình 3. 5 Xác định độ thỏa mản đầu vào [2] ................................................................ 37
Hình 3. 6 Giải mờ theo phương pháp trọng tâm ........................................................... 38
Hình 3. 7 Cấu trúc bộ điều khiển dùng thuật tốn PID+ Puzzy ................................... 39
Hình 3. 8 Sơ đồ nguyên lý của phương án cải tiến thuật toán điều khiển hệ thống điều

tốc mà luận văn đề xuất ................................................................................................. 39
Hình 3. 9 Xây dựng hàm liên thuộc cho sai lệch e và de .............................................. 42
Hình 3. 10 Xây dựng hàm liên thuộc cho đáp ứng đầu ra KP và KD ............................. 42
Hình 3. 11 Xây dựng hàm liên thuộc cho đáp ứng đầu ra KI ........................................ 43
Hình 3. 12 Xây dựng luật hợp thành trên phần mềm Matlab........................................ 45
Hình 4. 1 Mơ hình bộ điều khiển trước cải tiến NMTĐ Đăkrơsa trên Matlab ............. 46


Hình 4. 2 Mơ hình hóa van servo trên Matlab .............................................................. 46
Hình 4. 3 Mơ hình hóa cột nước tổng trên Matlab ....................................................... 47
Hình 4. 4 Mơ hình hóa năng lượng thủy lực trên Matlab ............................................. 47
Hình 4. 5 Mơ hình hóa cơng suất cơ trên Matlab ......................................................... 47
Hình 4. 6 Sơ đồ mô phỏng 1 tổ máy phát điện trên Matlab .......................................... 48
Hình 4. 7 Sơ đồ mạch nhất thứ lưới điện nhà máy ........................................................ 48
Hình 4. 8 Mơ phỏng lưới điện và máy phát của một tổ máy trên Matlab ..................... 48
Hình 4. 9 Mơ phỏng cả hệ thống điện nhà máy thủy điện Đăkrơsa và lưới điện ......... 49
Hình 4. 10 Kết quả mơ phỏng các tổ máy chưa cải tiến .............................................. 51
Hình 4. 11 Mơ phỏng bộ điều khiển tự chỉnh định tham số bộ PID.............................. 52
Hình 4. 12 Mơ phỏng tồn bộ hệ thống trên Matlab-Simullink .................................... 52
Hình 4. 13 Kết quả đặc tính khi sử dụng bộ điều khiển PID kết hợp FUZZY. .............. 53
Hình 4. 14 So sánh kết quả đáp ứng độ mở cánh hướng khi sử dụng bộ điều khiển PID

C
C

và bộ điều khiển kết hợp PID + FUZZY........................................................................ 53
Hình 4. 15 So sánh kết quả đáp ứng công suất cơ khi sử dụng bộ điều khiển PID và bộ
điều khiển kết hợp PID + FUZZY. ................................................................................ 54

U

D

R
L
T.


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
Cách đọc

TT

Ký hiệu

1

Hi

Cột nƣớc áp lực tổng [m]

2

̅̅̅

Cột nƣớc áp lực tổng [pu]

3

HD

Cột nƣớc áp lực khi xét đến tổn thất [m]

4

̅̅̅̅

Cột nƣớc áp lực khi xét đến tổn thất [pu]

5

Ρ

Trọng lƣợng riêng của nƣớc [kg/m³]

6

g

Gia tốc trọng trƣờng [m/s2]

7

fms

8

D, D1, D2, D3

9

Ac , Ac1 , Ac2 ,
Tiết diện đƣờng ống chính và các đƣờng ống nhánh 1, 2, 3
[m2]
Ac3

10

Đƣờng kính đƣờng ống chính và các đƣờng ống nhánh 1, 2, 3
[m]

C
C

R
L
T.

Chiều dài đƣờng ống chính và các đƣờng ống nhánh 1, 2, 3
L , L1 , L2 , L3
[m]

11
12

Hệ số sức cản ma sát

U
D

u1 , u2 , u3

Tín hiệu bộ điều khiển hệ thống điều tốc 3 tổ máy 1, 2, 3
[%]

̅̅̅ , ̅̅̅ , ̅̅̅

Tín hiệu bộ điều khiển hệ thống điều tốc 3 tổ máy 1, 2, 3
[pu]

13

G1, G2, G3

Độ mở của các van hƣớng 1, 2, 3 [%]

14

̅̅̅ , ̅̅̅ , ̅̅̅

Độ mở van hƣớng 1, 2, 3 [pu]

15

Q , Q1, Q2, Q3

16

̅̅̅ , ̅̅̅ , ̅̅̅

17

̅̅̅̅̅

18

H1, H2, H3

Cột nƣớc làm việc các tổ máy 1, 2, 3 [m]

19

̅̅̅ , ̅̅̅̅ , ̅̅̅̅

Cột nƣớc làm việc của các tổ máy 1, 2, 3 [pu]

20

Pm

Công suất cơ của turbine[MW]

21

̅̅̅̅

Công suất cơ của turbine [pu]

22

Lƣu lƣợng vào turbine của các tổ máy 1, 2, 3 [m3/s]

Lƣu lƣợng vào turbine của các tổ máy 1, 2, 3 [pu]
Lƣu lƣợng không tải [pu]

Hiệu suất của turbine


1

LỜI NĨI ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay Năng lƣợng là lĩnh vực quan trọng đối với sự phát triển của một quốc
gia nói riêng trên tồn thế giới nói chung, các nguồn năng lƣợng đƣợc tạo ra từ thủy
điện, năng lƣợng tái tạo luôn là nguồn năng lƣợng sạch, ổn định, chi phí thấp và ít ảnh
hƣởng đến mơi trƣờng ln đƣợc các Quốc gia trên tồn thế giới quan Tâm phát triển.
Chính vì vậy địi hỏi phải có những giải pháp kỹ thuật các vấn đề trên một cách linh
hoạt và hiệu quả.
Nhà máy thủy điện Đăkrơsa với lợi thế địa lý có độ dốc lớn, là khu vực có tiềm
năng lớn về thuỷ điện có lƣợng mƣa trung bình hàng năm lớn, hệ thống sơng suối dày
đặc với độ dốc lớn, thung lũng hẹp, nƣớc chảy xiết và là nơi đầu nguồn của các sông

C
C

lớn có tiềm năng thủy điện. Nhà máy thủy điện Đăkrơsa rất phù hợp làm đối tƣợng
nghiên cứu trong đề tài này.

R
L
T.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài này đề cập đến việc xây dựng mơ hình tốn học của một nhà máy thủy
điện điển hình có chung đƣờng ống áp lực, khơng có hồ chƣa, khả năng điều tiết theo
giờ của các khâu thiết bị trong nhà máy thủy điện Đăkrơsa gồm các hạng mục cơng
trình gồm : Đƣờng ống áp lực, Van cầu, máy phát điện, các ống rẽ nhánh. Thông qua
đề tài nghiên cứu này, Tôi hiểu rõ hơn phƣơng pháp xây dựng bộ điều khiển cũng nhƣ
các phần tử chức năng trong nhà máy thủy điện để đáp ứng các điều kiện về sự thay
đổi cột áp lớn trong q trình vận hành, khả năng điều chỉnh cơng suất thích ứng về
những thay đổi các yếu tố đầu vào nhƣ lƣu lƣợng, cột áp đến hiệu suất và sự ổn định

U
D

của thiết bị khi hòa lƣới.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu là hệ thống thiết bị, hệ thống điều tốc của nhà máy thủy
điện Đăkrơsa;
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết;
- Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn học các khâu trong hệ thống thiết bị nhà
máy thủy điện Đăkrơsa;
- Dựa trên mơ hình tốn học, nghiên cứu và áp dụng lý thuyết điều khiển để tự
động chỉnh định các tham số của bộ điều khiển nhằm nâng cao chất lƣợng hệ thống
điều khiển.


2
- Sử dụng công cụ Matlab để mô phỏng, đánh giá và rút ra kết luận.

5. Bố cục đề tài
Luận văn đƣợc chia thành 04 chƣơng:
Chƣơng 1 : Tổng quan về nhà máy thủy điện Đăkrơsa;
Chƣơng 2 : Mơ hình toán học các khâu trong hệ thống nhà máy thủy điện
Đăkrơsa;
Chƣơng 3 : Đề xuất giải pháp nâng cao chất lƣợng điều khiển nhà máy;
Chƣơng 4 : Mô phỏng và đánh giá kết quả.
6. Tài liệu nghiên cứu
Tài liệu nghiên cứu sử dụng cho luận văn này là các bài báo, luận văn của các tác
giả trong nƣớc và nƣớc ngồi về vấn đề mơ hình hóa nhà máy thủy điện và các phƣơng
pháp nâng cao chất lƣợng điều của nhà máy thủy điện. Tài liệu kỹ thuật của nhà máy.

C
C

U
D

R
L
T.


3

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA
1.1 Tổng quan về nhà máy thủy điện Đăkrơsa
1.1.1 Vị trí địa lý cơng trình thủy điện Đăkrơsa
Cơng trình thủy điện Đăkrơsa nằm trên địa phận xã Ngọc Tụ thuộc huyện Đăk

Tô tỉnh Kon Tum. Cơng trình khai thác nguồn nƣớc suối ĐắkTaKan – nhánh suối nhỏ
bờ trái và đổ vào sông Krông Po Kơ, khai thác kiểu đƣờng dẫn.
Thành phần cơng trình bao gồm: Đập dâng, đập tràn, cửa lấy nƣớc, kênh dẫn và
nhà máy có cơng suất lắp đặt 7,5MW cùng với kênh xả và trạm phân phối ngồi trời.
Cơng trình thủy điện tận dụng phần chênh lệch mực nƣớc từ cao trình MNDBT 734m
đến cao trình MNHL 600m.

C
C

Nhiệm vụ chính của cơng trình thủy điện Đăkrơsa: Phát điện bổ sung nguồn điện
năng khoảng 33,62 triệu kWh vào hệ thống điện Quốc gia. Tọa độ địa lí vào khoảng :

R
L
T.

14042‟28” đến 14042‟49”

+ Vĩ độ bắc
+ Kinh độ đơng

U
D

107049‟16” đến 107049‟27”.

Cơng trình thủy điện ĐăkRơSa nằm trên nhánh suối ĐắkTaKan là phụ lƣu nhỏ
của nhánh Krông Pô Kô, thƣợng nguồn sông Sê San, sông bắt nguồn từ đỉnh Ngọc
Linh với cao độ khoảng +2598m, suối ĐắkTaKan gần nhƣ chảy theo hƣớng Bắc Nam.

Khu vực xây dựng cơng trình thủy điện Đắk Rơ Sa gần thị trấn Đắk Tô, tỉnh Kon Tum.
Hệ thống sông suối phân bố tƣơng đối dày trong lƣu vực, mật độ sơng suối
0,84km/km2. Lƣu vực có hình dạng lơng chim, dịng chính ĐắkTaKan có độ dốc thoải
(0,8%). Trừ một vài km ở thƣợng nguồn có độ dốc lớn cịn độ dốc của suối tại vùng
tuyến cơng trình là 0,25%. Dịng chảy hiền hồ, hai bên bờ suối đều có bãi bồi và bậc
thềm rộng 200†1200m. Đoạn từ tuyến đập đến nhà máy là đoạn thác với độ dốc 2,6%.
Lợi dụng đoạn thác này để xây dựng nhà máy thuỷ điện. Từ nhà máy đến cửa suối độ
dốc lịng sơng rất thoải hai bên bờ suối có bãi bồi và thềm, sông đƣợc mở rộng. Hai bờ
thung lũng suối là những dải núi nhấp nhô chạy song song với suối. Độ dốc của sƣờn
núi bờ phải từ 25†40o, bờ trái 15†25o phủ cây bụi và rừng cây lâm nghiệp. Thảm phủ
thực vật trên lƣu vực chiếm 70%, phần lớn là rừng ngun sinh và tái sinh. Rừng trồng
có ít, chủ yếu là rừng phòng hộ đầu nguồn.


4

C
C

Hình 1. 1 Nhà máy thủy điện Đăkrơsa nhìn từ thượng lưu

R
L
T.

1.1.2 Thơng số cơ bản cơng trình
+ Số tổ máy : 03

U
D

+ Công suất: 3 x 2,5 MW

+ Sản lƣợng điện bình quân hàng năm: 33,62 triệu KWh/năm
+ Thời gian vận hành chính thức: 09/11/2007
+ Vị trí xây dựng: Trên dịng sơng Đăktơkan thuộc địa phận xã Văn Lem Huyện
Đăk Tơ, tỉnh KonTum.
1.2 Các Hạng mục chính của Cơng trình
1.2.1 Hồ chứa nước thủy điện Đăkrơsa
Diện tích ngập trong lòng hồ 27ha bao gồm suối và bãi bồi - đƣợc nhân dân trồng
lúa và hoa màu. Nền lòng hồ là nền đất sét, á sét aluvi, á cát, cát cuội sỏi, chiều dày từ
1 đến 3m. Chỗ sâu nhất không quá 10m. Dƣới là đá Granit - biotit của phức hệ Bà Nà.
Đá nứt nẻ yếu, tính thấm nhỏ, rất cứng chắc, cắt qua hồ chứa có một đới phá hủy kiến
tạo bậc IV - đới nứt nẻ tăng cao, không làm ánh hƣởng đến hồ chứa.
1.2.2. Đập thủy điện Đăkrơsa
a. Tuyến đập dâng là đập bê tông trọng lực, cao khoảng 15 m, chiều dài đập (tính
theo cao trình đỉnh đập 734.0m) khoảng 40m. Suối Đăk Tơ kan đoạn xây tuyến đập
chảy theo hƣớng Đông Nam - Tây Bắc, thung lũng suối tƣơng đối rộng khá bằng


5
phẳng. Vai phải đập là sƣờn phủ có độ dốc 20 - 300, Vai trái đập là là sƣờn phủ có độ
dốc 20 - 250.
b. Đập thủy điện Đăkrơsa là dạng kiểu đập bằng cách xây dựng đập chắn ngang
sông có thể làm cho mức nƣớc ở trƣớc đập dâng cao tạo ra cột nƣớc H0 tạo áp lực theo
kênh dẫn nƣớc đƣa nƣớc về bể điều áp. Nói chung nhà máy thủy điện kiểu đập thƣờng
dễ xây dựng ở những nơi dịng chảy có độ dốc lớn, chảy ngang qua thung lũng của
những quả đồi.
Do dòng chảy trong đƣờng ống áp lực là kín bảo tồn đƣợc cột áp thủy tĩnh nên
cột nƣớc của nhà máy thủy điện có thể đƣợc tính nhƣ từ mức nƣớc khối kênh dẫn hở

(Điểm cuối bể áp lực nhà máy) đến mức nƣớc phía sau NMTĐ. Dễ thấy, cột nƣớc của
NMTĐ kiểu kênh dẫn có thể rất lớn nếu nguồn nƣớc đƣợc lấy từ vị trí cao.

C
C

R
L
T.

U
D

Hình 1. 2 Mặt cắt cơng trình Dập thủy điện Đăkrơsa

Hình 1. 3 Đập dâng nhà máy thủy điện Đăkrơsa
 Nhà máy thủy điện Đăkrơsa thuộc kiểu kênh dẫn.


6

C
C

R
L
T.

Hình 1. 4 Kênh dẫn nhà máy thủy điện Đăkrơsa

U
D

1.2.3 Nhà máy thủy điện Đăkrơsa

Nhà máy thuỷ điện Đăkrơsa đƣợc bố trí bên bờ phải sơng ĐăkTờkan, ở chân đồi
núi cách mép sông khoảng 30m, cao độ mặt đất tự nhiên khu nhà máy từ (624.0 
635.0)m. Chọn loại kết cấu BTCT kiểu hở móng đặt trên nền địa chất đặt móng nhà
máy trong đới IIA, các thơng số chính của thiết bị kiến nghị dùng turbine Francis trục
ngang, 03 tổ máy với công suất lắp máy mỗi tổ là 7,5 MW. Các thiết bị chính bố trí
các thiết bị gồm (turbine, máy phát điện, van cầu, máy biến áp…), hệ thống điều
khiển giám sát và các thiết bị khác.
1.3. Thiết bị thủy lực chính của nhà máy thủy điện
Thiết bị thuỷ lực chính của nhà máy thuỷ điện gồm có:
- Tua bin.
- Máy điều tốc.
- Máy phát điện.
- Van trƣớc turbine.


7

Hình 1. 5 Tổng quan hệ thống van cánh hướng, turbine, máy phát

C
C

R
L
T.

1.3.1. Hệ thống turbine nhà máy thủy điện Đăkrơsa

U
D

Hình 1. 6 Tuabine tổ máy Đăkrơsa
Trong các nhà máy thủy điện,Turbine là một trong những bộ phận chính trong
nhà máy thủy điện có chức năng chuyển đổi năng lƣợng của dòng nƣớc (thủy năng)
thành cơ năng làm quay tuabine và máy phát điện, thông qua kết nối trục với máy phát
điện để biến năng lƣợng nƣớc thành điện năng. Có thể coi Turbine là trái tim của nhà
máy.Turbine nhà máy thủy điện Đăkrơsa thuộc loại Turbine Francis trục ngang.


8
Thành phần cấu tạo hệ thống turbine: Buồng xoắn, cánh hƣớng, Bánh xe công
tác, côn hút, trục turbine, ổ đỡ turbine, hệ thống điều khiển cánh hƣớng, đêm kín trục
turbine, hệ thống làm kín bánh xe cơng tác.

C
C

R
L
T.

Hình 1. 7 Turbine Francis – Trục Ngang

 Buồng xoắn: Chức năng hƣớng cánh hƣớng dẫn dòng. Phân bố áp lực dòng
chảy lên bánh xe cơng tác đều nhau để tránh mài mịn cánh của bánh xe cơng tác.

Buồng xoắn có kết cấu dạng ống xoắn theo hình xoắn ốc, có đƣờng kính của tiết diện
thay đổi nhỏ dần. Bồng xoắn đƣợc chia ra làm 3 bộ phận cơ bản: Đoạn ống trung gian,
thân buồng xoắn, Stay-ring.

U
D



Ống hút và côn xả: Là bộ phận đƣa nƣớc từ bánh xe công tác xả ra hạ lƣu



Bánh xe công tác.

 Chức năng: là bộ phận chuyển năng lƣợng dòng nƣớc thành cơ năng truyền
lên trục Turbine-Máy phát làm quay máy phát điện.
Nguyên lý làm việc: BXCT là sử dụng phần thế năng và một phần động năng của
dòng nƣớc. Dòng nƣớc khi chảy qua BXCT theo hƣớng xuyên tâm lƣợn trong các rãnh
giữa hai mặt cong cánh BXCT, làm thay đổi cả độ lớn lẫn hƣớng (theo hƣớng dọc
trục) của vận tốc nƣớc. Do nƣớc phải đổi hƣớng chảy tạo nên phản lực tác dụng lên
cánh BXCT. Phản lực này tác động lên tất cả các cánh BXCT tạo nên mômen quay
turbine.
Trục turbine và ổ hƣớng turbine.
 Trục turbine Nhiệm vụ là truyền động mômen quay từ BXCT đến trục rotor
máy phát. Trục Turbine mặt trên gắn với trục dƣới máy phát bằng bu lông, mặt dƣới


9
đƣợc gắn với bánh xe công tác bằng bu lông và có vai trục turbine. Trục Turbine đƣợc

định hƣớng bằng 10 segment;
 Ổ hƣớng Turbine: có nhiệm vụ giữ cho trục turbine luôn quay theo một
phƣớng thẳng đứng đồng tâm với trục máy phát. Cấu tạo : vai trục turbine (phần quay)
gắn trực tiếp với trục turbine, cùng với segment hƣớng, phần tĩnh gắn trên giá đỡ
turbine gồm: thùng dầu, dầu, các đƣờng ống làm mát dầu ổ hƣớng, các segment
hƣớng, các cảm biến đo lƣờng và bảo vệ ổ hƣớng turbine.


Hệ thống dầu làm mát : Dầu trong ổ hƣớng turbine đƣợc làm mát bằng các

ống nƣớc ngâm trực tiếp trong bồn dầu. Hệ thống ống nƣớc làm mát đƣợc quấn thành
những vòng tròn hở quanh trục turbine theo chu vi thùng dầu, ống nƣớc đƣợc quấn
thành ba lớp, mỗi lớp gồm sáu vòng quanh trục, các ống đƣợc gắn nối tiếp nhau chỉ có
một đầu vào và một đầu ra.
 Cảm biến đo lƣờng : 8 RTD đo nhiệt độ segment hƣớng (Hiển thị đo lƣờng).
2 Dial đo nhiệt độ segment hƣớng (Hiển thị và bảo vệ), 700C (Trip). 1 Dial đo nhiệt độ
dầu ổ hƣớng (Hiển thị và bảo vệ) 600C (Alarm), 65o C (Trip). 1 RTD đo nhiệt độ dầu

C
C

R
L
T.

ổ hƣớng (Hiển thị). 2 RTD đo nhiệt độ nƣớc vào và ra hệ thống nƣớc làm mát dầu
turbine. 3WOD Cảm biến nƣớc lẫn trong dầu 3LS1,2,3. Hiển thị mức dầu trong ổ
hƣớng (Thƣớc đo)

U

D

Cánh hƣớng tĩnh và cánh hƣớng động.
 Cánh hƣớng tĩnh : Gồm 24 cánh hƣớng cố định bố trí đều xung quanh ngõ
ra của buồng xoắn trƣớc van cánh hƣớng động. Nhiệm vụ hƣớng dòng nƣớc theo
hƣớng xuyên tâm với BXCT nhằm tăng hiệu suất.
 Cánh hƣớng động : Gồm 24 cánh hƣớng đƣợc dẫn động qua cánh tay đòn
của servomotor. Nhiệm vụ điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc chảy vào BXCT từ đó thay đổi
công suất Turbine.
 Bộ phận phân phối nƣớc cho BXCT : Bộ phận phân phối nƣớc cho bánh xe
công tác có nhiệm vụ chính điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc vào Bánh xe cơng tác theo một
hƣớng dịng chảy nhất định để thay đổi công suất của Turbine. Bộ phận này gồm các
thành phần sau: Vành dẫn động cánh hƣớng, vành dƣới, cánh hƣớng động,
servomotor.
1.3.2. Máy phát nhà máy thủy điện Đăkrơsa
- Nguyên lý làm việc: Máy phát điện làm việc dựa trên nguyên lý của định luật
cảm ứng điện từ, khi tốc độ tổ máy ta cung cấp dòng kích từ cho cuộn dây rotor máy
phát. Dịng điện này sẽ sản sinh ra từ thơng Φ, vì rotor đang quay nên từ thông này


10
quét qua các thanh dẫn. Stator đặt lệnh nhau trong khơng gian 1200 nên sức điện động
cảm ứng phía dây quấn. Stator là sức điện động xoay chiều 3 pha có cùng biên độ
nhƣng lệch nhau 1200 điện.
- Thơng số kỹ thuật:
+ Công suất biểu kiến : 3.125 MVA
+ Công suất tác dụng : 2.5 MW
+ Tần số định mức: 50Hz
+ Hệ số công suất : 0.8
+ Điện áp định mức : 6.3 kV

+ Dòng điện định mức : 286.4 A
+ Tốc độ định mức : 1000 vòng/phút
+ Tốc độ lồng tốc : 1697 vòng/ phút
- Cấu tạo máy phát diện 3 pha đồng bộ: cấu tạo chính của máy phát gồm hai phần:

C
C

a. Stator

+ Stator gồm một khung, lõi stator và cuộn dây stator…

R
L
T.

+ Khung của stator đƣợc hàn từ các tấm thép và khung máy, chúng đƣợc sử
dụng để gắn cố định vào lõi của stator.

U
D

+ Lõi của stator đƣợc làm từ các lá thép silicon có độ dẫn từ cao, tổn thất thấp,
các lá thép có độ mỏng 0,5mm. Lõi của stator đƣợc đặt trên khung, bên trong và khe
của lõi thực hiện xử lý hoàn hảo nhằm ngăn chặn sự phóng điện hồ quang.
+ Các cuộn dây stator đƣợc làm bằng các sợi dây đồng ghép đơi. Lớp cách điện
trong và lớp cách điện ngồi đều đƣợc tạo thành bằng các sợi vải mica epoxy ép nóng.
Bề mặt của mỗi cuộn dây đƣợc xử lý để bảo vệ tia lửa điện.
+ Khi các cuộn dây stator đƣợc gắn vào bên trong khe của lõi stator, 6 bộ dò
nhiệt độ điện trở dây đồng (RTD, 100 ở 00C) đƣợc gắn vào các rãnh của stator để

phát hiện các kênh nhiệt độ của các cuộn dây stator và lõi stator.
+ Có 6 sợi cáp đầu ra của máy phát, trong đó có 3 sợi cáp đầu ra và 3 sợi cáp
trung tính. Nếu vị trí của các sợi cáp này không thuận lợi cho việc kết nối trong việc
thiết kế và lắp đặt của nhà máy, các sợi cáp đầu ra và các sợi cáp trung tính có thể
chuyển đổi vị trí cho nhau.
b. Rotor: Rơ to Máy điện đồng bộ bao gồm lõi thép, cực từ và dây quấn kích từ.
Dây quấn kích từ đƣợc cấp bởi nguồn điện Một chiều để tạo ra từ trƣờng cho Máy.


11

Hình 1. 8 Cấu tạo Rotor máy phát điện 3 pha đồng bộ
- Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây dẫn điện đƣợc bọc cách điện (dây điện
từ) đƣợc đặt trong các rãnh của lõi thép
- Lõi thép: Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện đƣợc dập rãnh bên

C
C

trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hƣớng trục. lõi thép đƣợc ép vào
trong vỏ Máy

R
L
T.

- Ổ trục: Ổ trục bạt lót của máy phát là ổ trục tự bôi trơn. Dầu bôi trơn đƣợc đƣa
lên phía trên và đổ vào ống bạc lót phía trên bởi một bánh cơng tác để bơi trơn và làm
lạnh cho tồn bộ bạc lót. Vật liệu của bề mặt làm việc của bạc lót là lớp babit mỏng.

U
D

+ Bộ phận làm lạnh dầu gồm một số ống đồng và đƣợc đặt trong một bể chứa
dầu, ở đáy của vị trí ổ trục. Áp lực của nƣớc làm mát là 0,25 MPa, nƣớc phải đƣợc làm
sạch.
+ Dầu đƣợc rót vào ổ trục từ một lỗ dầu trên nắp ổ trục đến vạch giữa của đồng
hồ đo dầu (khi máy khơng hoạt động thì mức dầu cao hơn đƣờng trung tâm một ít). Ta
có thể tháo dầu từ ống dầu thông qua van xả đặt ở đáy ổ trục.
+ Ổ trục phía bánh đà đƣợc cách điện để tạo điều kiện cho việc kiểm tra và đo
điện trở cách điện. Ống dẫn nƣớc làm mát nối với ổ trục phải có một bộ phận là phi
kim loại để đảm bảo cách điện với bề mặt của ổ trục.
+ Mỗi một ổ trục đƣợc trang bị một nhiệt kế, khi nhiệt độ vƣợt quá mức cao nhất
khi vận hành, chuông của hệ thống điều khiển trong trạm sẽ tự động báo động.
c. Tấm bệ máy
+ Tấm bệ máy đƣợc hàn từ các thanh thép có thể chịu đƣợc tồn bộ trọng lƣợng
của stator, gối đỡ và các bộ phận quay của tổ máy.


12
+ Vì stator và 2 gối đỡ đƣợc lắp đặt trên bệ máy và đƣợc định vị bằng các chốt
định vị riêng biệt sau khi đã đƣợc cân chỉnh, vì vậy việc lắp đặt và bảo dƣỡng máy
phát rất tiện lợi.
+ Cuộn dây kích từ làm từ thanh đồng hình chữ nhật, cách điện loại F.
+ Cuộn hãm (vòng ngắn mạch): là các thanh dẫn đƣợc nối các đầu với nhau và
đƣợc đặt dọc theo các rãnh của cực từ.
+ Vành thắng: Đƣợc đặt ở cuối, dƣới nan hoa, làm từ hợp kim chịu đƣợc nhiệt và
ma sát và là nơi tiếp xúc với má thắng.
1.3.3 Hệ thống điều tốc thủy điện Đăkrơsa
a. Chức năng của hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Đăkrơsa

* Các chức năng tự động.

C
C

- Mở máy, máy dừng, tăng giảm phụ tải, dừng máy khẩn cấp;

R
L
T.

- Tự động chuyển đổi giữa các trạng thái làm việc bằng tay/tự động .
- Khi vận hành ở trạng thái cơ khí thủy lực bằng tay, hệ thống điều tiết bằng điện
sẽ tự động theo dõi độ mở của bộ tiết lực khơng cần phải điều chỉnh, có thể chuyển đổi
từ tay động sang tự động để vận hành bất cứ lúc nào.

U
D

* Chức năng bán tự động.

- Mở máy, máy dừng, tăng giảm phụ tải, dừng máy khẩn cấp.
* Đặc điểm:
- Sử dụng Bộ điều khiển PLC hãng Siemens sản xuất
- Sử dụng môtơ bƣớc do hãng Parker chế tạo, sản phẩm này đƣợc thiết kế
- Hệ thống có chức năng tự chuẩn đốn, chống sai lệch;
- Có chức năng trình tự giám sát chế độ làm việc.
- Cơ cấu hạn chế độ mở bằng động cơ, có thể thao tác bằng tay tại chỗ hoặc thao
tác bằng điện động từ xa.
- Có thể trang bị cổng kết nối thông tin RS485, cổng Lan để thực hiện giám sát

điều khiển bằng máy vi tính.
- Hệ thống hiển thị: Sử dụng màn hình tinh thể lỏng kiểu cảm ứng ;
- Sử dụng mô tơ bƣớc thay thế hệ thống chuyển đổi bằng điện thủy lực, mô tơ
đƣợc truyền động trực tiếp qủa đào lệch tâm để điều khiển van điều áp chính nên khiến


13
cho việc điều khiển của bộ tiếp lực đƣợc nhanh và chuẩn xác hơn và tránh đƣợc hiện
tƣợng bị tắc nghẽn do dầu bẩn gây nên đối với bộ chuyển đổi bằng điện thủy lực.
- Có chức năng khuyếch đại và phản hồi kỹ thuật số vì vậy độ tin cậy trong điều
khiển đã đƣợc nâng cao thêm một bƣớc.

Sơ đồ nguyên lý điều khiển của hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện
b. Cấu tạo hệ thống điều tốc

C
C

R
L
T.

-

Thiết bị điều khiển: Hệ thống PLC và màn hình giám sát, cài đặt

-

Các sensor thu thập thơng số tín hiệu đo lƣờng

-

Cơ cấu chấp hành:

U
D

+ Hệ thống dầu điều tốc
+ Servo Motor
+ Van cánh hƣớng

Hình 1. 9 Hình ảnh hệ thống điều tốc thủy điện Đăkrơsa


14
* Các chế độ làm việc của hệ thống điều tốc
Q trình khởi động : Khi có lệnh khởi động tổ máy đƣa đến bộ điều tốc, bộ điều
tốc sẽ thực hiện khởi động tổ máy theo chƣơng trình cài đặt sẵn. Ban đầu bộ điều tốc
sẽ gửi lệnh đi mở cánh hƣớng thực tế khoảng từ 8% † 24% độ mở cánh hƣớng tùy theo
cột nƣớc tại thời điểm khởi động, trong giai đoạn này bộ điều tốc làm việc ở chế độ
Opening-Control. Khi tốc độ tổ máy đạt 90% tốc độ định mức bộ điều chỉnh PID đƣợc
đƣa vào hoạt động (bộ điều tốc chuyển sang chế độ “Speed Control Noload”) chƣơng
trình điều tốc sẽ điều khiển tốc độ tổ máy tăng dần và đạt tốc độ định mức. Độ mở
cánh hƣớng sẽ thay đổi tùy theo cột nƣớc hiện tại của từng tổ máy.
Chế độ điều tần (Frequency Control)
Ở chế độ điều tần máy phát sẽ tự động điều chỉnh tần số của hệ thống ổn định
xung quanh giá trị định mức.

C
C

Chế độ điều chỉnh công suất tác dụng (Power control)

R
L
T.

Chế độ cố định công suất là chế độ mà điều tốc nhận giá trị đầu vào là giá trị SET
công suất, giá trị SET này đƣợc gửi tới điều tốc, điều tốc sẽ quy đổi giá trị công suất
SET này ra một độ mở tƣơng ứng với tín hiệu cột nƣớc hiện tại để đi điều khiển cách
hƣớng mở ở một giá trị tại thời điểm cơng suất đƣợc SET. Trong q trình làm việc
nếu cột nƣớc có sự thay đổi khi đó điều tốc sẽ thực hiện nhận tín hiệu phản hồi tốc độ
về và cột nƣớc thực tế để đi điều khiển cánh hƣớng mở/đóng lại sao cho ln ln duy
trì đƣợc giá trị cơng suất SET đƣợc giữ cố định. Trong q trình làm việc nếu tần số
lƣới dao động vƣợt quá giá trị cho phép thì tổ máy sẽ chuyển sang chế độ điều tần.

U
D

Chế độ điều chỉnh độ mở cánh hƣớng (Opening control)
Chế độ này máy phát chạy với độ ở cánh hƣớng đặt sẵn nếu tần số lƣới thay đổi
quá giá trị cho phép thì chuyển sang chế độ điều tần.
* Thơng số và đặc tính của hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Đăkrơsa.
Đối với hệ thống điện Việt Nam hiện nay thì quy định về tần số của hệ thống là
50 ± 0,2 Hz. Tần số phụ thuộc vào tốc độ quay của rotor máy phát.
Bảng thông số kỹ thuật hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Đăkrơsa
Công suất định mức máy phát

2.5MW

Điện áp định mức

6.3kV

Tần số định mức

50Hz


15
Tốc độc Rotor định mức

1000rpm

Số tổ máy

3

Chiều cao cột nƣớc định mức

85m

Lƣu lƣợng nƣớc định mức qua

3.3m3/s

Turbine
Chiều dài đƣờng ống chính

300m

Đƣờng kính

2200mm

Chiều dài đƣờng ống nhánh (3

12m

nhánh)
Đƣờng kính đƣờng ống nhánh

1000mm

C
C

Hệ thống điều tốc

R
L
T.

Vùng tần số chết
Phạm vi cài đặt tần số

U
D

0-0.5hz

45-55Hz

Thời gian tăng công suất cài đặt

2-50s

Phạm vi chỉnh độ mở khởi động

0-60%

Thông số PID cài đặt chế độ Noload
Hằng số tỉ lệ (Kp)

2.7

Hằng số tích phân (KI)

0.7

Hằng số vi phân (KD)

0.5
Thông số PID cài đặt chế độ Load

Hằng số tỉ lệ (Kp)

2.95

Hằng số tích phân (KI)

0.72

Hằng số vi phân (KD)

0.45
Thông số PID cài đặt Freq

Hằng số tỉ lệ (Kp)

3.15

Hằng số tích phân (KI)

0.63

Hằng số vi phân (KD)

0.5