21 2.2 Phương án cấu trúc hệ ố thng điều khiển tập trung với vào ra tập trung27 2.3 Phương án cấu trúc hệ ố thng điều khiển tập trung với vào ra phân tán29 2.4 Phương án thiết kế ới cấu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI HUY TOÀN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN CĨ CƠNG SUẤT LỚN TRÊN 1000MW LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Bộ môn: Điều khiển tự động NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : Hà Nội – Năm 2010 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131833641000000 MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Vài nét phát triển thủy điện Việt Nam 1.2 Năng lượng dòng nước khả sử dụng 1.3 Phân loại nhà máy thủy điện 12 1.3.1 Nhà máy thuỷ điện kiểu đập .12 1.3.2 Nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn 14 1.3.3 1.4 Nhà máy thủy điện kiểu hỗn hợp 16 Các cơng trình thiết bị Nhà máy thủy điện 19 Chương 2: CÁC YÊU CẦU, TIÊU CHUẨN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN CĨ CƠNG SUẤT LỚN TRÊN 1000MW 20 2.1 Các yêu cầu, tiêu chuẩn hệ thống điều khiển giám sát NMTĐ có công suất lớn 1000MW 20 2.1.1 Các yêu cầu, tiêu chuẩn chung hệ thống điều khiển giám sát NMTĐ 20 2.1.2 Các yêu cầu, tiêu chuẩn riêng cho NMTĐ có cơng suất lớn 21 2.2 Phương án cấu trúc hệ thống điều khiển tập trung với vào tập trung 27 2.3 Phương án cấu trúc hệ thống điều khiển tập trung với vào phân tán 29 2.4 Phương án thiết kế với cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán với vào tập trung 31 2.5 Phương án thiết kế với cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán với vào phân tán 32 2.6 Đánh giá ưu nhược điểm phương án 48 Chương 3: CẤP ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN CĨ CƠNG SUẤT LỚN TRÊN 1000MW .50 3.1 Cấp điều khiển phòng điều khiển trung tâm Nhà máy 51 3.2 Cấp điều khiển nhóm 53 Chương 4: ĐIỀU KHIỂN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỔ MÁY 57 4.1 Điều khiển phân bố công suất tác dụng máy phát 57 4.2 Điều khiển phân bố công suất phản kháng máy phát 57 4.3 Xây dựng biểu đồ công suất vận hành ngày NMTĐ phương pháp số 58 Chương 5: ĐIỀU TIẾT DÒNG CHẢY 61 5.1 Điều tiết dòng chảy theo nhu cầu điều chỉnh công suất NMTĐ 61 5.2 Phân loại điều tiết 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 Phụ lục 1: Dự kiến tín hiệu đầu vào 69 Phụ lục 2: Danh sách tín hiệu đầu 73 Tài liệu tham khảo 83 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU v1 Vận tốc dòng chảy mặt cắt I-I p1 Áp suất trung bình dòng chảy mặt cắt I-I g = 9,81 m/sec2 Gia tốc rơi tự trọng trường α1 Hệ số hiệu chỉnh kể đến phân bố không dịng chảy mặt ω Diện tích mặt cắt ngang dòng chảy u Là vận tốc vi phân diện tích dω v Vận tốc trung bình Q Lưu lượng nước chảy qua NMTĐ η Hiệu suất chung NMTĐ ηT Hiệu suất tua bin nước kể đến tổn thất lượng đường ống ηF Hiệu suất máy phát Khoảng dự trữ an toàn chống bùn cát đáy kéo vào cửa nhận nước Khoảng dự trữ an toàn chống phát sinh phễu xốy khí DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình1.1: Sơ đồ tính tốn tiềm dịng sơng Hình 1.2: Sơ đồ nhà máy kiểu thân đập Hình 1.3: Nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống điều khiển tập trung với vào tập trung Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển tập trung với vào phân tán Hình 2.3: Cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán với vào tập trung Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán với vào phân tán Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán gồm đủ cấp điều khiển Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc hệ thống cấp điều khiển nhóm cho tổ máy Hình 2.7:Sơ đồ cấu trúc hệ thống cấp điều khiển nhóm cho đập tràn cửa nhận nước Hình 3.1: Cấu hình cấp điều khiển nhóm Hình 3.2 Sự chuyển đổi qua lại Cell controller dự phịng Hình 5.1 a : Biểu đồ thủy văn Hình 5.1b: Nhu cầu phụ tải ngày Hình 5.2: Điều chỉnh cơng suất NMTĐ theo phần đỉnh biểu đồ phụ tải tổng hệ thống Hình 5.3 Điều chỉnh cơng suất NMTĐ, điều tiết tuần Hình 5.4: Điều tiết năm Hình 5.5: Điều tiết nhiều năm MỞ ĐẦU Căn định số 110/2007/QĐ-TTg V/v Phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006-2015 có xét đến năm 2025, theo để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội nước với mức tăng GDP khoảng 8,5%-9% năm cao dự báo nhu cầu điện nước ta tăng mức 17% năm (phương án sở), 20% năm (phương án cao) giai đoạn 2006-2015, phương án cao phương án điều hành, chuẩn bị phương án 22% năm cho trường hợp tăng trưởng đột biến Chính việc tìm phát triển nguồn điện cấp bách, việc phát triển nguồn điện phải tính toán với phương án đầu tư chiều sâu đổi công nghệ nhà máy vận hành; sử dụng công nghệ đại nhà máy điện để đảm bảo việc vận hành an tồn tuyệt đối, khơng đáp ứng nhu cầu lượng, điều tiết lũ, thủy lợi, an tồn mơi trường mà bảo đảm an ninh quốc gia Để đáp ứng yêu cầu việc lựa chọn giải pháp thiết kế xây dựng hệ thống điều khiển, giám sát cho Nhà máy thủy điện quan trọng, yếu tố đảm bảo tính vận hành an toàn, hiệu Từ trước đến việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế xây dựng hệ thống điều khiển giám sát cho Nhà máy thủy điện hạn chế (chủ yếu thủy điện nhỏ 2-4MW, trình tự lựa chọn thiết kế, cơng nghệ chưa rõ ràng, chưa thực việc điều khiển giám sát Nhà máy trung tâm điều độ, chưa thực việc có khả kết nối tới Nhà máy khác, chưa thực việc điều khiển tối ưu công suất tổ máy…) Tại Kỳ họp thứ 6, Quốc hội khóa XII tháng 11 năm 20009, Quốc hội thức thơng qua việc xây dựng Thủy điện Lai châu có cơng suất 1200MW Chính đề tài Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế xây dựng hệ thống điều khiển, giám sát cho Nhà máy thủy điện có cơng suất lớn 1000MW có tính khoa học thực tế cao Trong trình làm luận văn, tác giả nhận dẫn tận tình kiến thức chia sẻ kinh nghiệm quý báu thầy giáo PGS.TS Hoàng Minh Sơn Tác giả lần xin chân thành cám ơn thầy mong mỏi nhận góp ý thầy bạn đồng nghiệp để hồn thiện Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Vài nét phát triển thủy điện Việt Nam Tính đến năm 1954 (sau kháng chiến chống Pháp) sản lượng điện Việt Nam nói chung thuỷ điện nói riêng chưa có Ở miền Bắc có Nhà máy thủy điện (NMTĐ) Tà Sa, Na Ngần, Bàn Thạch với cơng suất nhỏ; miền Nam có NMTĐ Đa Nhim (công suất4 x 40 = 160 MW) Năm 1971 Liên Xô cũ giúp xây dựng khánh thành NMTĐ Thác Bà với công suất x 36 = 108 MW Lúc tổng công suất NMNĐ miền Bắc chưa vựợt 100 MW, nghĩa thuỷ giữ tỉ lệ quan trọng hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam từ ngày đầu xây dựng Năm 1992 NMTĐ Hồ Bình xây dựng lắp đặt xong đến tổ máy cuối với tổng công suất lên tới 1920MW (8 x 240 MW) Vào thời điểm tổng công suất tiêu thụ HTĐ miền Bắc lúc cực đại vào khoảng 1100 MW, đựờng dây siêu cao áp 500 KV đựợc xây dựng gấp rút để tải điện thừa NMTĐ Hồ Bình vào miền Nam (nhiệt điện miền Bắc lúc cịn có nhà máy Phả Lại 440 MW, Ninh Bình 100MW) Tiếp sau NMTĐ Hồ Bình, để đáp ứng nhu cầu tăng trựởng nhanh phụ tải điện, lần lựợt nhiều NMTĐ lớn đựợc xây dựng đựa vào vận hành Nhà máy thủy điện Sơn La; Nhà máy thủy điện Lai Châu Có thể nhận thấy HTĐ Việt Nam có tiềm thuỷ điện lớn Tỉ lệ thuỷ chiếm cao tổng sản lựợng điện toàn quốc Thuỷ điện, phát triển khắp miền Miền Bắc xây dựng NMTĐ lớn dịng sơng lớn, độ dốc cao Miền Trung có nhiều thuỷ điện nhỏ (sơng có độ dốc lớn, nhựng lựu lựợng lại bé), miền Nam có khả xây dựng số NMTĐ cơng suất trung bình (độ dốc dịng sông thựờng không lớn) Quá khứ (cho đến tại) thuỷ điện Việt Nam có lịch sử phát triển mạnh mẽ, tiềm thuỷ điện Viêt Nam dồi dào, tựơng lai thuỷ điện Việt Nam cịn phát triển chiếm vị trí quan trọng HTĐ Việt Nam 1.2 Năng lượng dòng nước khả sử dụng Một dòng chảy tự nhiên có sơ đồ mặt cắt dọc hình vẽ (hình 1.1), xét mặt cắt ngang I-I II-II (ở vị trí bất kỳ) Tại mặt cắt I-I, gọi chiều cao mức nước z1, vận tốc trung bình dịng chảy v1, áp suất lòng nuớc p1 Ký hiệu tuơng tự thơng số cho mặt cắt II-II Hình1.1: Sơ đồ tính tốn tiềm dịng sơng Xét khối nước W chuyển động I-I Theo lý thuyết động lực học chất lỏng, lượng chứa khối nước W tính theo cơng thức sau: = ( + + ) , kgm Trong đó: z – độ cao mặt cắt I-I - trọng lượng riêng nước (1000kg/m3) v1, p1 - vận tốc áp suất trung bình dòng chảy mặt cắt I-I; g = 9,81 m/sec2 - gia tốc rơi tự trọng trường - hệ số hiệu chỉnh kể đến phân bố khơng dịng chảy mặt cắt Nếu vận tốc tồn diện tích mặt cắt = Ngược lại, cần lấy giá trị khác đi, tính theo cơng thức: = ∞ với : ω - diện tích mặt cắt ngang dòng chảy, u vận tốc vi phân diện tích dω, v vận tốc trung bình Thơng thường coi gần ω ≈ Thể tích nước W tính m3 Trong lý thuyết thuỷ khí động học, thành phần ngoặc gọi cột áp, có thứ nguyên m Nó bao gồm thành phần cột áp thuỷ tĩnh (z +p/γ) cột áp thuỷ động v2/2g Về trị số, cột áp lượng chứa đơn vị trọng lượng nước dạng (tương ứng với cột áp thuỷ tĩnh) động (cột áp thuỷ động) Với dịng chảy lý tưởng, khơng tổn hao chịu tác dụng lực trọng trường cột áp vị trí mặt cắt lượng chứa khối nước W không đổi chuyển động Đối với dòng chảy dòng song lượng ln ln bị tổn thất (do có phần biến thành cơng bào mịn đất đá, vận chuyển phù sa ) Vì chuyển động đến mặt cắt II-II, lượng chứa khối nước W lại : = ( + ) < + 2 Phần lượng mát để sinh cơng tính được: = = ( + + ) ,kgm Thơng thường với dịng chảy tự nhiên p v thay đổi (nếu coi tiết diện mặt cắt ngang đồng áp suất khí mặt thống nơi), cơng khối nước W sinh chuyển động từ I-I đến II-II tính theo cơng thức gần đúng: = ( ) = Bây xét khối nước W tích tổng lượng nước dịng sơng chảy qua mặt cắt thời gian sec (nghĩa trị số lưu lượng nước Q dòng chảy), đồng thời xét khoảng cách từ I-I đến II-II toàn chiều dài dịng sơng ΔE cơng dịng sơng sinh giây (hay cơng suất nó, ký hiệu N), ta viết lại : 10