Đề tài Đồ án thiết kế bộ tự Động chuyển nguồn ats lưới – Điện mặt trời

LỜI MỞ ĐẦU Trong nền công nghiệp 4.0 điện năng đang ng0y c0ng đóng vai trò h3t sHc quan tr=ng trong đ+i sLng con ngư+i chQng ta.. Chính vB đó điện năng được s dTng rộng r@i trong m=i lU

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN



Đề Tài

Đồ án thiết kế bộ tự động

chuyển nguồn ATS lưới – điện mặt trời

Giảng viên hướng dẫn : Phạm Anh Tuân Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Bích

: Nguyễn Hải Dương Lớp: D14ĐCN&DD2

Msv: 19810420244

: 19810420263

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện ,Điện tử Chuyên ngành: Điện công nghiệp Và Dân dụng

Hà Nội, Tháng 5 Năm 2023

LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin g)i l+i c,m ơn chân th0nh nh1t đ3n c4c th5y gi4o, cô gi4o c:a trư+ng Đ<i h=c Điê >n l?c, c4c th5y cô đ@ dBu dDt, trang bF ki3n thHc quy b4u cho em trong suLt qu4 trBnh h=c tâ >p t<i trư+ng NhOng ki3n thHc quy b4u v0 s? giQp đR c:a c4c th5y cô sẽ l0 h0nh trang giQp em ho0n th0nh tLt nhiê >m vT c:a

mô >t kU sư trong tương lai cVng như trong cuô >c sLng

Đă >c biê >t em xin chân th0nh c,m ơn cô đ@ hướng dẫn tận tBnh giQp em có ki3n thHc sâu rộng về bộ môn để em ho0n th0nh tLt b,n đồ 4n môn h=c n0y Trong qu4 trBnh l0m b0i, với s? cL gDng c:a b,n thân v0 nhiều s? trợ giQp c:a c4c th5y cô, b<n bè em đ@ ho0n th0nh b0i b4o c4o c:a mBnh Tuy nhiên do ki3n thHc còn h<n ch3 nên b0i l0m c:a em còn nhiều thi3u sót Do vậy kính mong nhận được s? góp y, chỉ b,o c:a c4c th5y cô gi4o để em có thể ho0n thiện b,n đồ 4n cVng như có thêm kinh nghiệm cho mai sau

Em xin chân th0nh c,m ơn !

H0 Nội, ng0y 15 th4ng 3 năm2023

Sinh viên

Nguyễn Duy Bích

LỜI MỞ ĐẦU

Trong nền công nghiệp 4.0 điện năng đang ng0y c0ng đóng vai trò h3t sHc quan tr=ng trong đ+i sLng con ngư+i chQng ta Chính vB đó điện năng được s) dTng rộng r@i trong m=i lUnh v?c từ công nghiệp, dFch vT,… cho đ3n phTc vT đ+i sLng sinh ho<t h0ng ng0y c:a mỗi gia đBnh Có th3 nói rằng ng0y nay không một quLc gia n0o trên to0n th3 giới không s,n xu1t v0 tiêu thT điện năng, v0 trong tương lai thB nhu c5u c:a con ngư+i về nguồn năng lượng đặc biệt n0y sẽ ti3p tTc nâng cao Hiện nay đ1t nước ta đang trên con đư+ng công nghiệp hóa – hiện đ<i hóa nên nhu c5u s) dTng điện năng trong t1t c, c4c lUnh v?c ng0y c0ng tăng VB vậy năng lượng điện có vai trò h3t sHc quan tr=ng đLi với s? ph4t triển kinh t3 v0 ổn đFnh chính trF x@ hội Với tính ưu việt đó điện năng được s) dTng rộng r@i, không thể thi3u trong sinh ho<t v0 s,n xu1t, vB vậy khi xây d?ng một nh0 m4y, một khu công nghiệp hay một tòa nh0 cao t5ng thB v1n đề xây d?ng một hệ thLng điện để cung c1p điện năng cho c4c t,i tiêu thT l0 không thể thi3u được Nền công nghiệp 4.0, đòi hỏi nên công nghiệp điện có nhiệm vT đề ra nhOng phương 4n cung c1p điện hợp lí v0 tLi ưu Một phương 4n cung c1p điện tLi ưu việc cung c1p điện mỗi khi nguồn điện lưới bF ngDt khi s)a chOa lưới điện Việc n0y sẽ gi,m trB trệ công việc do m1t điện gây ra có nguồn d? phòng giQp c4c thi3t bF s) dTng điện năng vận h0nh trong công việc

CHƯƠNG I : NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ATS

VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN

I Tính cấp thiết của đồ án

Trong qu4 trBnh vận h0nh v0 s) dTng lưới điện không thể tr4nh khỏi c4c s? cL m0 mHc độ thiệt h<i do s? cL gây ra có thể l0 r1t lớn, thậm chí còn nguy hiểm đ3n tính m<ng con ngư+i Do vậy c5n thi3t ph,i h<n ch3 mHc th1p nh1t nhOng thiệt h<i c:a s? cL gây ra Kh4i niệm s? cL ở đây có thể được hiểu bao gồm : M1t điện, m1t pha, lệch pha, cao 4p, th1p 4p qu4 trF

sL cho phép

Ng0y nay trong công nghiệp cVng như trong sinh ho<t hằng ng0y có c4c lo<i phT t,i không được phép m1t điện hay có s? cL dù chỉ trong một th+i gian ngDn, vB điều đó có thể gây thiệt h<i nghiêm tr=ng về ngư+i v0 c:a Ví dT như nguồn điện c1p cho c4c thi3t bF c1p cHu trong c4c bệnh viện n3u x,y ra m1t điện trong một th+i gian r1t ngDn cVng có thể l1y đi m<ng sLng c:a r1t nhiều bệnh nhân Hay nguồn điện c1p cho c4c trung tâm điện to4n, hoặc với hệ thLng SCADA ( hệ thLng kiểm tra điều khiển v0 thu thập

dO liệu) khi m1t điện thB to0n bộ sL liệu theo dõi v0 qu4 trBnh điều khiển đều không ho<t động được, c4c công trBnh quan tr=ng c1p quLc gia như : Hội trư+ng quLc hội, nh0 kh4ch chính ph:, ngân h0ng nh0 nước, đ<i sH qu4n c4c nước, khu quân s?, sân bay, h,i c,ng…Một sL công trBnh trong lUnh v?c gi4o dTc, thương m<i, du lFch, dFch vT, như : trư+ng h=c, bưu chính viễn thông, c4c kh4ch s<n c1p cao, khu trung tâm thương m<i, c4c siệu thF h0ng ho4

ĐLi với t1t c, c4c phT t,i tiêu thT đặc biệt n0y c5n ph,i được c1p điện một c4ch liên tTc để tr4nh gây ra c4c thiệt h<i LQc đó ngo0i nguồn chính l0 lưới điện ra c4c t,i tiêu thT lo<i n0y c5n xây d?ng một nguồn d? phòng để

đề phòng khi có s? cL với nguồn điện chính Tương Hng với nó c5n ph,i có một thi3t bF th?c hiện việc c1p nguồn liên tTc cho phT t,i đặc biệt n0y đó l0 thi3t bF chuyển nguồn t? động ATS (Automatic Transfer Switch)

1.1 Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS

Thi3t bF t? động chuyển nguồn , còn g=i l0 A.T.S(Automatic Tranfer Swith ) dùng để t? động chuyền t,i nguồn chính sang nguồn d? phòng khi nguồn chính có s? cL

Kh4i niệm nguồn bF s? cL bao gồm : M1t nguồn , m1t pha , ngược pha , điện 4p cao hoặc th1p hơn trF sL c5n thi3t

Tùy thuộc v0o nguồn c1p d? phòng ngư+i ta phân A.T.S ra l0m c4c lo<i sau

- A.T.S cho 2 nguồn : 1 nguồn lưới chính – 1 nguồn acquy

- A.T.S cho 2 nguồn : 1 nguồn lưới chính – 1 nguồn lưới d? phòng

- A.T.S cho 2 nguồn : 1 nguồn lưới chính – 1 nguồn d? phòng năng lượng mặt tr+i

V0 đLi với lo<i nguồn c1p kh4c nhau thB A.T.S l<i có từng ch3 độ vận h0nh kh4c nhau

1.2 Nguồn cấp điên không gián đoạn U.P.S(Uninterruplilk Power Supply)

Nguyên ly cơ b,n c:a nguồn UPS l0 một thi3t bF có nguồn đ5u v0o nLi với lưới điện, đ5u ra nLi với c4c thi3t bF, bên trong U.P.S có một bộ Accquy khô Khi m1t điện b1t thư+ng U.P.S l1y điện từ Accquy cung c1p cho thi3t

bF, đ,m b,o cho thi3t bF tiêu thT điên đ=c cung c1p một c4ch liên tTc

Về tính năng v0 công dTng, hiện nay c4c nh0 kỹ thuật phân chia U.P.S th0nh hai lo<i:

+ Standby U.P.S

+ Online U.P.S

Standby U.P.S: l0 nguồn l0m việc ở ch3 độ ch+, có nghUa l0: Khi có điện 4p lưới cung c1p cho t,i thB U.P.S l0m nhiện vT tích trO năng lượng Khi m1t điện lưới thB năng lượng tích luỹ trước đó đ=c thông qua m<ch chuyển cung c1p cho t,i

Online U.P.S: l0 nguồn l0m việc th+ng xuyên, nghUa điện 4p c:a lưới được đ@ qua một bộ x) ly trung gian rồi mới đ=c đa ra t,i Trong trư+ng hợp bước x) ly trung gian n0y luôn ho<t động để cung c1p năng lợng cho t,i ĐLi với nguồn Online U.P.S thB tLc độ chuyển m<ch nhanh, độ tin cậy cao, ch1t long điền 4p ra ổn đFnh ĐLi với nguồn Standby U.P.S thB độ chuyển m<ch chậm ,nh hởng đ3n điện 4p ra

Có thể biểu diễn một sơ đồ c1u trQc một U.P.S nh sau:

- ChHc năng c:a c4c khLi:

Bi3n 4p v0o: H< 4p từ điện 4p lưới 220v xuLng điện 4p 24 – 48v dùng để n<p cho Dc quy C4ch ly giao hệ thLng lưới v0 chLng ngDn m<ch nguồn

Chỉnh lưu: T<o điện 4p một chiều dùng cho việc n<p Dc quy v0 đưa tới bộ nghFch lưu

L=c chỉnh lưu: San phẳng điện 4p ra từ bộ chỉnh lưu để đưa đ3n bộ nghFch lưu nhằm nâng cao ch1t lượng điện 4p ra ở đ5u ra nghFch lưu NghFch lưu: Bi3n 4p điện 4p một chiều l1y từ đ5u ra c:a nghFch lưu th0nh điện 4p xoay chiều t5n sL f =50hz c1p cho t,i

Bi3n 4p ra: Tăng điện 4p từ 24- 48v lên 220v phù hợp theo yêu c5u c:a tai

M<ch n<p Dc quy: Dùng để điều khiển việc n<p Dc quy Khi có điện Dc quy l0 nơi tích trO năng lượng Khi đó dưới s? điều khiển c:a m<ch điều khiển n<p thB Dc quy được n<p Khi điện 4p trên Dc quy tăng đ3n một mHc n0o đó thB m<ch điều khiển sẽ cDt việc n<p Dc quy

Accquy: l0 nơi tích trO năng lượng khi có điện 4p nguồn 220v v0 l0 nơi cung c1p năng lượng cho c4c phT t,i khi lưới điện bF m1t Th+i gian duy trB điện c:a U.P.S phT thuộc r1t nhiều v0o dung lượng c:a Dc quy

Điều khiển chỉnh lưu: Điều khiển góc mở c:a c4c thyristor trong m<ch chỉnh lưu sao cho điện 4p ra sau chỉn lưu ổn đFnh theo yêu c5u Điều khiển nghFch lưu: Điều khiển th+i gian dẫn c:a c4c van hợp ly sao

cho điện 4p cung c1p cho t,i l0 không đổi hoặc thay đổi r1t nhỏ M<ch điều khiển n0y đóng vai trò quan tr=ng như một bộ ổn 4p ho<t động song song với bộ nghFch luu

Nguồn: Dùng để cung c1p c4c mHc điện 4p kh4c nhau cho hai bộ điều khiển chỉnh lưu v0 nghFch lưu

1.3 A.T.S Lưới –lưới

Sơ đồ cấu trúc A.T.S lưới – lưới

Trong đó:

I, II – nguồn cung c1p

MBA- m4y bi3n 4p

AP1, AP2- 4p tô m4t b,o vệ m<ch l?c

SS1, SS2- khLi so s4nh

CM – bộ chuyển m<ch

Trong trư+ng hợp phT t,i được c1p điện từ lưới v0 nguồn d? phòng cVng được l1y từ lưới qua 1 m4y bi3n 4p vận h0nh song song như hBnh sL 1 thB nguyên ly l0m việc c:a bộ t? động chuyển nguồn sẽ như sau:

Ho<t động c:a ATS so với 2 nguồn c1p được duy trB ở 2 ch3 độ đó l0 n3u ATS đưa nguồn lưới chính v0o l0m việc thB nó sẽ cDt nguồn d? phòng ra v0 ngược l<i, tHc l0 nó l0m việc theo nguyên tDc “c5n bập bênh” không bao gi+

có hiện tượng đóng c, 2 nguồn c1p tới t,i cùng một lQc hoặc l0 cDt c, 2 nguồn c1p tới t,i

Gi,i thích ho<t động c:a sơ đồ: Gi, s) ban đ5u t,i được c1p điện bởi nguồn lưới 1 qua m4y bi3n 4p như hBnh sL 1

+ Đ3n th+i điểm A, do xẩy ra s? cL trên lưới c1p ở nguồn 1 (như m1t điện 4p, m1t pha) thB ngay lập tHc ATS sẽ nhận được tín hiệu “s? cL “g)i sang từ bên nguồn c1p Đồng th+i ở th+i điểm n0y ATS cVng đang nhận v0 x) ly tín hiệu “ Có điện” ở bên nguồn c1p 2, nguồn d? phòng

+ N3u điện 4p b3n ngo0i c1p d? phòng ho0n to0n đ,m b,o ch1t lượng điện năng theo yêu c5u (đ: U,f) thB ATS sẽ t<o tín hiệu trễ tAB = (0 - 5)s để khẳng đFnh chDc chDn m1t nguồn chính, rồi mới được t<o ra tín hiệu đ3n cơ c1u ch1p h0nh, t4c động chuyển t,i l0m việc ở nguồn c1p d? phòng

+ Khi t,i đang l0m việc trên nguồn d? phòng m0 nguồn lưới chính được phTc hồi l<i thB bộ phận x) ly tín hiệu “có điện” c:a ATS sẽ nhận tín hiệu v0 đưa ra tín hiệu trễ th+i gian tc = (3 - 30) phQt để khẳng đFnh chDc chDn nguồn c1p chính đ@ ổn đFnh có thể đưa v0o vận h0nh

+ Khi đ@ khẳng đFnh chDc chDn rằng nguồn c1p chính đ@ ổn đFnh, bộ phận điều khiển c:a ATS, sẽ g)i ngay tín hiệu tới cơ c1u ch1p h0nh, cDt nguồn d? phòng ra, đóng t,i v0o nguồn lưới chính + LQc n0y bộ phận nhận tín hiệu c:a ATS vẫn ti3p tTc l0m việc ở c, 2 nguồn c1p, gi4m s4t một c4ch liên tTc điện 4p v0 thH t? pha c:a c, 2 nguồn c1p để sẵn s0ng phTc vT cho l5n chuyển t,i ti3p sau, n3u có x,y ra s? cL

A.T.S lưới-lưới thực hiện bằng máy cắt phân đoạn

- Sau đây ta sẽ xét một ví dT cT thể về việc s) dTng đóng cDt MC phân đo<n trong công việc đưa nguồn d? phòng v0o l0m việc Thông thư+ng ở trong mỗi nh0 m4y s,n xu1t thư+ng có 2 m4y bi3n 4p vận h0nh song song, phía thanh c4i h< 4p thư+ng để hở, MC phân đo<n dùng để nLi hai thanh c4i phía h< 4p đó, mTc đích l0 để gi,m nhẹ việc ch=n c4c thi3t bF h< 4p dẫn đ3n gi,m gi4 th0nh xây d?ng

HBnh vẽ thể hiện sơ đồ đóng cDt

Ho<t động c:a sơ đồ đóng cDt d? trO phân lo<i thanh góp như sau: Trong điều kiện vận h0nh bBnh thư+ng, ATS sẽ g)i tín hiệu đ3n cDt 5MC v0 đưa t,i đ3n l0m việc ở nguồn c1p chính, đó l0 nguồn c1p qua IMBA Khi x,y ra s? cL nguồn c1p chính, ở 1MBA, thB c4c m4y cDt điện c:a m4y bi3n 4p s? cổ 1MC v0 2 MC sẽ cDt 1MBA ra khỏi lưới v0 sau đó thi3t bF t? động đóng nguồn điện d? phòng ATS sẽ nhận v0 x) ly tín hiệu m1t điện đưa về

từ 1MBA sẽ đóng 5MC để t,i l<i được liên tTc c1p điện qua 2MBA, hay l0 được c1p điện qua nguồn d? phòng

N3u sau khi s? cL được khDc phTc, nguồn lưới chính IMBA đ@ có thể đưa v0o vận h0nh thB thi3t bF t? động đóng nguồn d? trO ATS sẽ nhận tín hiệu đưa đ3n từ 1MBA v0 sẽ x) ly tín hiệu đó, l0m chậm s? x) ly đó đi một th+i gian đ: để x4c đFnh chính x4c điện 4p xu1t hiện sẽ đưa tín hiệu đ3n c4c 5MC v0 2MBA sau đó l0 đóng 1MBA v0o ho<t động c1p điện cho t,i Tóm l<i, phT t,i được c1p điện liên tTc nh+ có thi3t bF t? động chuyển nguồn ATS

Sơ đồ m<ch điện t? động đóng cDt 5MC

S? l0m việc c:a sơ đồ như sau:

VB ly do n0o đó c4c m4y cDt c:a MBA bF s? cL bF cDt ra, ti3p điểm phT

thư+ng kín c:a m4y cDt đóng l<i, đưa nguồn điện qua ti3p điểm rơle trung gian RGT đ3n cuộn đóng CĐ c:a m4y cDt 5MC, đóng m4y cDt 5MC Trong

sơ đồ ti3p điểm phT c:a MC mDc nLi ti3p qua MC phía h< 4p MTc đích l0

để cDt MC phía h< 4p nh4nh chóng dẫn đ3n đ,m b,o đóng nguồn d? trO được thuận lợi

Ti3p điểm rơle RGT có th+i gian mở chậm, đ,m b,o cho việc đóng cDt 5MC được chDc chDn v0 đQng MTc đích dùng rơle trung gian có th+i gian

mở chậm RGT l0 chỉ cho tín hiệu đóng cDt 5MC một l5n, vB n3u sau khi đóng m4y cDt 5MC, n3u ngDn m<ch trên thanh c4i h< 4p chưa được lo<i trừ, b,o vệ đặt t<i m4y cDt 5MC sẽ l<i mở m4y cDt ra, trong trư+ng hợp n0y l<i cho tín hiệu đóng 5MC một l5n nOa chỉ l0m hư hỏng thêm v0 m4y cDt ph,i l0m việc vB l5n ở dòng điện lớn, dẫn đ3n ph,i s)a chOa luôn

Từ sơ đồ đóng cDt m4y cDt phân đo<n trên, trong th?c t3 Hng dTng đóng lượng d? phòng r1t phong phQ, như cung c1p điện an to0n cho một cuộc h=p lớn, cuộc mít ting lớn, có thể s) dTng lo<i công tDc tơ có hai bộ ti3p điểm, khi công tDc tơ đóng, một bộ ti3p điểm l0m việc; khi m1t điện công tDc tơ mở, đóng bộ ti3p điểm thH 2, bộ tiêu thT sẽ được c1p điện liên tTc từ

2 nguồn đ3n

1.4 Một nguồn lưới chính – 1 nguồn dự phòng năng lượng mặt trời

Sơ đồ nguyên lí 1 nguồn lưới – d? phòng điện mặt tr+i

Nguyên ly ho<t động c:a hệ thLng điện mặt tr+i về cơ b,n sẽ ho<t động theo mô hBnh sau C4c t1m pin mặt tr+i sẽ thu năng lượng quang t) tr?c ti3p

từ mặt tr+i v0 chuyển th0nh dòng một chiều

Điện n0y sau đó được đưa tr?c ti3p đ3n bộ bi3n t5n Ở đây dòng điện một chiều được bi3n đổi th0nh dòng điện xoay chiều Nó phù hợp với công su1t v0 t5n su1t tiêu thT điện v0 t,i m<ng

Với sơ đồ hệ thLng điện mặt tr+i độc lập Điện n0y được s<c tr?c ti3p v0o pin v0 c4c t,i tiêu thT được cung c1p năng lượng.

Với hệ thLng điện mặt tr+i hòa lưới không c5n lưu trO Điện năng sau khi được bi3n đổi th0nh dòng điện xoay chiều Nó được hòa tr?c ti3p v0o lưới điện v0 ưu tiên cho c4c phT t,i điện mặt tr+i

Với hệ thLng điện mặt tr+i hòa lưới có lưu trO Điện năng n0y được s<c đ5y v0o pin lưu trO v0 chuyển v0o lưới điện C4c phT t,i điện mặt tr+i được

ưu tiên N3u m1t điện, điện mặt tr+i sẽ không đ: điện cho phT t,i Hệ thLng t? động l1y điện từ pin lưu trO cung c1p cho t,i tiêu thT

1.5 Nguyên lý hoạt động A.T.S

Khi m1t điện bộ chuyển m<ch ( ATS ) sẽ chuyển qua ưu x0i t,i ưu tiên từ lượng điện được d? trO trong Dc quy, khi đó to0n bộ hệ pin mặt tr+i được chuyển qua s<c cho Dc quy, khi có điện trở l<i thB hệ thLng sẽ chuyển qua