Báo cáo thí nghiệm trên mô hình máy phát điện

Đồng thời, hệ thống phát điện còn đảm bảo tính an toàn, ổn định và đáng tin cậy của nguồn điện, đặc biệt là trong những tình huống khẩn cấp và thời kỳ biến động nhu cầu.. - Đảm Bảo Ổn Đị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN

GVHD: Trần Quang Thọ Nhóm: 1

SVTH: Trần Tiến Hoài 20142331 Trương Minh Tuấn 20142447

TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm…

Nhận xét của giáo viên

Mục lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tính cần thiết của hệ thống phát điện

1.2 Nhiệm vụ của hệ thống phát điện

1.3 Tính năng của hệ thống phát điện

1.4 Các tham số đầu vào đầu ra

1.5 Các điều kiện ràng buộc hoặc tiêu chuẩn ổn định

2.1 Tổ chức nhóm, xác định mục tiêu và nhiệm vụ qua ưu điểm của nhóm để giải quyết vấn đề kỹ thuật

2.2 Xác định ưu điểm của cá nhân

2.3 Xác định các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết

2.4 Xác định mục tiêu và nhiệm vụ của cá nhân

3.5 Sử dụng các thiết bị đo lường

3.6 Thu thập số liệu sau thí nghiệm

3.7 Phân tích, đánh giá và nhận xét các số liệu

Mục lục hình ảnh Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mô hình máy phát 12

Hình 2 :Mô hình máy phát thực tế tại phòng C402 12

Hình 3: Mô hình bộ điều khiển P, Q 13

Hình 4: Bộ biến tần 13

Hình 5: Máy phát và động cơ 14

Hình 6: Thiết bị đo và bộ tải R 14

Hình 7: 2 chân điều khiển biến tần 15

Hình 8: CT 15

Hình 9: Cảm biến 16

Hình 10: Màn hình hiển thị tần số nhập và máy phát 17

Hình 11: Số liệu Setpoint 50Hz tại tải mức 1 18

Hình 12: Đồ thị công suất theo tải tần số 50Hz 19

Hình 13: Đồ thị điện áp theo tải tần số 50Hz 19

Hình 14: Đồ thị điện áp theo tải tần số 50Hz 20

Hình 15: Đồ thị so sánh tần số theo tải tần số 50Hz 20

Hình 16: Đồ thị công suất theo tải tần số 55Hz 21

Hình 17: Đồ thị điện áp theo tải tần số 55Hz 22

Hình 18: Đồ thị dòng điện theo tải tần số 55Hz 22

Hình 19: Đồ thị so sánh tần số theo tải tần số 55Hz 23

Mục lục bảng Bảng 1: Bảng số liệu tần số 50Hz 18

Bảng 2: Bảng số liệu tần số 55Hz 21

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI1.1 Tính cần thiết của hệ thống phát điện

Hệ thống phát điện đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và liên tục của nguồn cung điện trong mọi khía cạnh của đời sống xã hội Tính cần thiết của hệ thống này hiển nhiên qua việc cung cấp năng lượng cho các hoạt động hàng ngày của chúng ta, từ chiếc đèn đọc sách đến các dây chuyền sản xuất công nghiệp Đồng thời, hệ thống phát điện còn đảm bảo tính an toàn, ổn định và đáng tin cậy của nguồn điện, đặc biệt là trong những tình huống khẩn cấp và thời kỳ biến động nhu cầu Không chỉ là một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng, hệ thống phát điện còn chịu trách nhiệm trong việc hỗ trợ sự phát triển bền vững thông qua sử dụng nguồn năng lượng tái tạo và giảm thiểu tác động tiêu cực lên môi trường Do đó, tính cần thiết của hệ thống phát điện không chỉ thể hiện trong việc đáp ứng nhu cầu cơ bản mà còn là chìa khóa quan trọng cho sự phồn thịnh và tiến bộ của xã hội hiện đại.

1.2 Nhiệm vụ của hệ thống phát điện

- Cung Cấp Năng Lượng: Hệ thống phát điện chịu trách nhiệm cung cấp năng lượng điện để đáp ứng nhu cầu của cộng đồng, công nghiệp và các lĩnh vực khác - Đảm Bảo Ổn Định Năng Lượng: Nhiệm vụ quan trọng là duy trì sự ổn định trong việc cung cấp năng lượng, giảm thiểu những biến động đột ngột có thể ảnh hưởng đến hệ thống.

- Phản Ứng Nhanh Chóng: Hệ thống phải có khả năng phản ứng nhanh chóng đối với thay đổi trong nhu cầu năng lượng hoặc sự cố để duy trì hiệu suất và ổn định - An Toàn và Bảo Vệ: Bảo đảm an toàn cho người làm việc và người sử dụng cuối cùng thông qua các biện pháp bảo vệ và tiêu chuẩn an toàn.

- Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Năng Lượng: Tính năng này giúp hệ thống hoạt động một cách hiệu quả để tối ưu hóa sử dụng năng lượng và giảm mức độ lãng phí - Quản Lý Tải: Hệ thống cần có khả năng quản lý tải, điều chỉnh nguồn cung để đáp ứng nhu cầu thay đổi.

1.3 Tính năng của hệ thống phát điện

- Tính Năng Tự Động Hóa: Sử dụng công nghệ để tự động hóa quy trình giúp cải thiện hiệu suất và giảm nguy cơ lỗi.

- Tính Năng Điều Khiển từ Xa: Cung cấp khả năng kiểm soát và giám sát hệ thống từ xa để nhanh chóng đối phó với sự cố và thay đổi nhu cầu.

- Tính Năng Kết Nối Mạng Lưới: Liên kết với mạng lưới truyền tải và phân phối để chia sẻ năng lượng và giảm rủi ro mất điện.

- Tính Năng Đo Lường và Theo Dõi: Sử dụng cảm biến và hệ thống giám sát để đo lường các thông số quan trọng và theo dõi hiệu suất hệ thống.

- Tính Năng Đa Nguồn Năng Lượng: Hỗ trợ sự linh hoạt bằng cách tích hợp nhiều nguồn năng lượng, bao gồm cả nguồn tái tạo.

- Tính Năng Dự Trữ Năng Lượng: Sử dụng các giải pháp lưu trữ năng lượng để đảm bảo sự ổn định trong cung cấp năng lượng, đặc biệt là từ nguồn năng lượng tái tạo không ổn định.

1.4 Các tham số đầu vào đầu ra

Tham số đầu vào:

1.5 Các điều kiện ràng buộc hoặc tiêu chuẩn ổn định

- ISO 9001:2015: Tiêu chuẩn quản lý chất lượng

- TCVN 9729-1-2013: Tiêu chuẩn Việt Nam về máy phát điện - QCVN: 2015/BTC: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện

Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau:

- Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là +-5% - Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là +-10% và -5% Tần số danh định của hệ thống điện quốc gia là 50Hz

- Trong chế độ vận hành bình thường của hệ thống điện, tần số được phép dao động từ 49.8Hz đến 50.2Hz

- Trong trường hợp sự cố đơn lẻ được phép dao động từ 49.5Hz đến 50.5Hz - An Toàn: hệ thống phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn để đảm bảo sự bảo vệ của nhân viên, cư dân và môi trường.

- Tuân Thủ Pháp Luật và Quy Định: phải tuân thủ đầy đủ các quy định và luật lệ liên quan đến ngành năng lượng và môi trường.

- Khả Năng Ứng Phó với Tình Huống Khẩn Cấp: hệ thống phải có khả năng ứng phó với tình huống khẩn cấp như sự cố, thảm họa tự nhiên, hoặc những sự kiện đột ngột khác.

- Bảo Dưỡng Định Kỳ: cần thiết phải có kế hoạch và chương trình bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo sự hoạt động ổn định và tránh sự cố không mong muốn.

- Chất Lượng Năng Lượng: hệ thống phải sản xuất năng lượng chất lượng, đảm bảo điện áp và tần số ổn định theo tiêu chuẩn.

1.6 Nguyên lý hoạt động

Hệ thống máy phát điện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, chuyển đổi năng lượng từ một nguồn khác thành năng lượng điện Hệ thống phát điện thông thường sử dụng một động cơ để tạo ra sức quay cơ khí.

1 Động cơ: Đây là trái tim của máy phát điện, cung cấp năng lượng cơ học đầu vào Nguồn nhiên liệu cho động cơ thường là xăng, dầu diesel và khí đốt 2 Đầu phát: Bao gồm một tập hợp các bộ phận động (roto) và phần tĩnh

(stato) Các bộ phận này có chức năng sản xuất điện từ chính nguồn cơ năng được cung cấp.

Khi động cơ hoạt động, nó tạo ra một lực cơ học, làm quay trục của đầu phát Quá trình này xảy ra khi cuộn dây dẫn điện trong máy phát điện cắt qua các đường sức từ tạo ra bởi nam châm, tạo ra một sự chuyển động của các điện từ trong dây dẫn điện và tạo ra dòng điện xoay chiều.

Trong đầu phát, sự chuyển động này tạo ra một sự chênh lệch về hiệu điện thế, dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện.

1.7 Quy trình vận hành

Quy trình bật máy phát điện:

- Cung cấp nguồn điện cho bộ biến tần, bộ đo lường máy phát - Bật CB bộ biến tần

- Mở khoá nguồn bộ biến tần

- Bật nguồn bộ điều khiển động cơ bằng arduino - Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến trở

1.8 Các phương pháp vận hành

1 Vận Hành Thường Xuyên (Normal Operation):

Mục Tiêu: Duy trì hoạt động thông thường của hệ thống phát điện Kiểm tra và duy trì các thông số như điện áp, tần số, và dòng điện Theo dõi việc chuyển đổi giữa các nguồn năng lượng Bảo dưỡng định kỳ các thành phần chính như turbine, máy phát điện, và hệ thống điều khiển.

2 Vận Hành Dự Phòng (Standby Operation):

Mục Tiêu: Sẵn sàng chuyển giao sang hoạt động chính khi cần thiết Tuần tra và kiểm tra thiết bị dự phòng để đảm bảo khả năng ứng phó nhanh chóng Thực hiện kiểm tra chuyển đổi tự động giữa các nguồn năng lượng.

3 Vận Hành Trong Tình Huống Khẩn Cấp (Emergency Operation):

Mục Tiêu: Đảm bảo cung cấp nguồn điện trong tình huống khẩn cấp Thực hiện thử nghiệm định kỳ hệ thống chuyển đổi dự phòng Duy trì khả năng khẩn cấp để xử lý sự cố như mất điện.

4 Vận Hành Có Điều Khiển (Controlled Operation):

Mục Tiêu: Tối ưu hóa hiệu suất và tiêu thụ năng lượng Sử dụng hệ thống điều khiển để duy trì ổn định và điều chỉnh sản lượng theo nhu cầu Tối ưu hóa việc kích thích và tắt các đơn vị phát điện để giảm thiểu lãng phí năng lượng.

5 Vận Hành Đồng Bộ (Synchronous Operation):

Mục Tiêu: Đảm bảo rằng máy phát điện làm việc đồng bộ với hệ thống lưới Điều chỉnh tần số và điện áp để đồng bộ với các nguồn năng lượng khác trong lưới Sử dụng hệ thống đồng bộ để duy trì ổn định trong quá trình vận hành.

6 Vận Hành Máy Phát Theo Nhóm (Group Operation):

Mục Tiêu: Tối ưu hóa hiệu suất của nhiều máy phát điện hoạt động cùng một lúc Điều chỉnh sản lượng của từng máy phát để đáp ứng nhu cầu năng lượng mà không làm tăng lãng phí.

7 Vận Hành Dựa Trên Nhu Cầu (Demand-Based Operation):

Mục Tiêu: Điều chỉnh sản lượng dựa trên nhu cầu thực tế Sử dụng hệ thống thông tin và dữ liệu để dự đoán và điều chỉnh sản lượng theo nhu cầu thay đổi 8 Vận Hành theo Chu Kỳ (Cycling Operation):

Mục Tiêu: Thay đổi giữa hoạt động và nghỉ để tối ưu hóa hiệu suất Điều chỉnh việc bật và tắt các máy phát điện dựa trên yêu cầu và chi phí năng lượng

1.9 Đánh giá tính kinh tế kỹ thuật của phương pháp được chọn

- Phương pháp được chọn là phương pháp Vận Hành Có Điều Khiển (Controlled Operation):

* Tính Kinh Tế:

+ Ưu Điểm: Tối ưu hóa hiệu suất và giảm lãng phí năng lượng.

+ Nhược Điểm: Đòi hỏi hệ thống điều khiển và theo dõi phức tạp * Tính Kỹ Thuật:

+ Ưu Điểm: Linh hoạt đối với biến động nhu cầu và giá năng lượng + Nhược Điểm: Cần có hệ thống điều khiển chính xác và tin cậy.

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH MỤC TIÊU

2.1 Tổ chức nhóm, xác định mục tiêu và nhiệm vụ qua ưu điểm của nhóm đểgiải quyết vấn đề kỹ thuật

- Tìm hiểu vận hành thí nghiệm trên mô hình máy phát điện, tìm hiểu cách đo, và đọc các thông số trên thiết bị đo lường, từ đó ghi nhận các thông số, xử lý số liệu và rút ra đánh giá và nhận xét

2.2 Xác định ưu điểm của cá nhân

Trương Minh Tuấn Có khả năng phân tích và vận hành Trần Tiến Hoài Có khả năng thu thập số liệu, viết báo

2.3 Xác định các vấn đề kỹ thuật cần giải quyết

- Kiểm tra các thiết bị

- Kiểm tra sơ đồ đấu dây mô hình - Tiến hành khởi động mô hình - Thu thập số liệu và nhận xét, đánh giá

2.4 Xác định mục tiêu và nhiệm vụ của cá nhân

Trương Minh Tuấn Vận hành, phân tích, đánh giá số liệu Trần Tiến Hoài Viết báo cáo, thu thập số liệu, xác định

các quy trình an toàn

2.5 Thảo luận nhóm

Thực hiện thảo luận nhóm để hoàn thành bài báo cáo, phân chia nhiệm vụ cụ thể của từng thành viên, qua đó xác định một số mục tiêu cần hoàn thành như tính cần thiết, nhiệm vụ và tính năng của hệ thống phát điện; Các tham số, điều kiện, yêu cầu và xây dựng quy trình vận hành; Đề xuất và đánh giá các phương pháp vận hành, các vấn đề kỹ thuật; Xác định các quy trình an toàn, sử dụng các thiết bị đo lường, các bước thực hành thí nghiệm và thu thập số liệu cho bài báo cáo; Trình bày số liệu thông qua các bảng biểu, đồ thị; Và tiến hành phân tích, đánh giá và nhận xét để đưa ra các đề xuất cho hệ thống.

2.6 Tham vấn giảng viên hướng dẫn

- Dưới sự hướng dẫn của thầy, nhóm chúng em đã nắm bắt rõ các quy trình vận hành, các bước xử lý số liệu, quy trình làm 1 bài báo cáo theo đúng các tiêu chí đánh giá

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH THỰC HIỆN3.1 Xác định quy trình an toàn

- Kiểm tra các thiết bị điện - Khởi động máy phát điện - Kiểm tra các đồng hồ đo

- Kiểm tra các thiết bị bảo vệ và điều khiển

3.2 Quy trình kiểm tra thông số và vận hành

Bước 1: Kiểm tra sơ đồ đường dây đấu nối của mô hình máy phát điện

Bước 2: Kiểm tra tình trạng các công tắc và switch để đảm bảo thao tác vận hành theo đúng trình tự.

Bước 3: Kiểm tra thông số điện áp đầu vào cấp cho biến tần và bộ điều khiển công suất.

3.3 Sơ đồ, bản vẽ bố trí mô hình

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mô hình máy phát

Hình 2 :Mô hình máy phát thực tế tại phòng C402 - Hình ảnh chi tiết từng phần của bộ thí nghiệm:

Hình 3: Mô hình bộ điều khiển P, Q Biến tần D720 SC:

Điện áp cấp cho biến tần: 1 pha 200-240 V 50/60Hz Điện áp cấp cho động cơ: 3 pha 200-240 V

Dùng cho motor không đồng bộ 3 pha 220V từ 0.1 kW đến 2.2 kW Tiêu chuẩn IP: IP 20

Khả năng chịu quá tải 150% trong 60s, 200% trong 0.5s Sai số tần số ngõ ra: +- 5%

- I: 0.95/0.55A

Hình 5: Máy phát và động cơ

Hình 6: Thiết bị đo và bộ tải R

Hình 7: 2 chân điều khiển biến tần

Hình 8: CT

Với cấu hình đề xuất như trên cùng với sơ đồ khối đã nêu ở trên ta tiến hành lắp đặt phần cứng Cấp nguồn cho bộ điều khiển, biến tần, reset chương trình, chọn chế độ tải và bắt đầu tiến hành chạy thực tế.

Hình 10: Màn hình hiển thị tần số nhập và máy phát

Điểm setpoint được cài bằng biến trở trước khi tiến hành chạy Khi này chương trình hoạt động ở chế độ 1

Sau khi tiến hành thí nghiệm, tần số của máy phát sẽ được ổn định sấp xỉ bằng với điểm setpoint Khi này ta tiến hành bật bộ điều khiển Q để bật kích từ cho máy phát.

3.5 Sử dụng các thiết bị đo lường

Set tần số f = 50Hz Tải mức 1:

Hình 11: Số liệu Setpoint 50Hz tại tải mức 1 Ta thay đổi lên tải mức 2,3,4,5,6.

3.6 Thu thập số liệu sau thí nghiệm

Qua các bước thực hiện trên chúng ta thu được bảng số liệu như sau:

Bảng 1: Bảng số liệu tần số 50Hz

Hình 12: Đồ thị công suất theo tải tần số 50Hz

Hình 13: Đồ thị điện áp theo tải tần số 50Hz

Bảng 2: Bảng số liệu tần số 55Hz

Hình 16: Đồ thị công suất theo tải tần số 55Hz

Hình 17: Đồ thị điện áp theo tải tần số 55Hz

Hình 18: Đồ thị dòng điện theo tải tần số 55Hz

Hình 19: Đồ thị so sánh tần số theo tải tần số 55Hz

3.7 Phân tích, đánh giá và nhận xét các số liệu

Ở cả hai bảng, khi cấp độ tải tăng, tần số, dòng điện biến tần có xu hướng tăng Tần số của máy phát được giữ ổn định thông qua việc tăng tần số Invester bằng hệ thống điều khiển Arduino.

Giá trị THD cho điện áp và dòng điện biến đổi theo cấp độ tải và tần số biến tần khác nhau.