Bài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINK

Bài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINKMỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................................4CHƢƠNG 1: NHU CẦU VÀ LỢI ÍCH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ..........................5CHƢƠNG 2: TUABIN THỦY LỰC ....................................................................................72.1: Mô hình toán học của hệ thống bộ điều chỉnh tuabin .................................................82.2: Mô hình hóa các bộ điều khiển ......................................................................................92.3: Mô hình hóa các hệ thống servo thủy điện ...................................................................92.3.1: Nguyên tắc hoạt động của động cơ servo.................................................................102.3.2: Mô hình toán học của động cơ servo........................................................................112.4: Giới thiệu về tuabin thủy lực .......................................................................................122.4.1: Tuabin xung kích .......................................................................................................122.4.2: Tuabin phản lực .........................................................................................................132.4.3: Năng lƣợng và hiệu suất của tuabin.........................................................................132.5: Mô hình hóa các tua bin thủy lực................................................................................142.6: Mô hình MATLAB Simulink của bộ điều chỉnh tuabin thủy lực ..........................16CHƢƠNG 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ................................................................................173.1: Máy phát điện đồng bộ .................................................................................................173.2: Mô hình máy phát điện đồng bộ..................................................................................172.3: Đầu vào và đầu ra của các khối ...................................................................................182.4: Thông số của máy đồng bộ trong MATLAB Simulink ...........................................19CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN..........................................................214.1: Hoạt động của nhà máy thủy điện nhỏ .......................................................................224.2: Mô hình MATLAB Simulink của nhà máy thủy điện.............................................234.3: Đƣa thông số vào mô hình............................................................................................23CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT.....................................................................265.1: Kết quả mô phỏng.........................................................................................................265.2: Kết luận..........................................................................................................................29Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát3MỤC LỤC CÁC BẢNGTên bảng TrangBảng 3.1: Các tín hiệu bộ tách kênh tại đầu cuối m của một máy phát điện 19Bảng 4.1: Bảng thông số khối HTG 23Bảng 4.2: Thông số khối Excitation System (Hệ thống kích từ) 24Bảng 4.3: Thông số Máy phát điện (200MVA, 13.8kV) 24Bảng 4.4: Thông số máy biến áp 25Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS. Nguyễn Ngọc KhoátBài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINKBài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINKLỜI MỞ ĐẦUMô hình hóa và mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khóa học được ứng dụngrất rộng rãi: Từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành các hệ thống. Ngày nay nhờ có sựtrợ giúp của các máy tính có tốc độ tính toán cao và bộ nhớ lớn mà phương pháp mô hìnhhóa được phát triển mạnh mẽ, đưa lại hiệu quả to lớn trong nghiên cứu khoa học và thựctiễn sản xuất. Mô hình hóa và mô phỏng được ứng dụng không những vào lĩnh vực khoahọc công nghệ mà còn ứng dụng có hiệu quả vào nhiều lĩnh vực khác nhau như quân sự,kinh tế và xã hội...Chính vì lý do này nên chúng em chọn đề tài “ Mô hình hóa, mô phỏng và điềukhiển một hệ thống điện (thủy điện hydro turbine) đơn giản. Thiết kế bộ ổn định (powersystem stabilizer) cho hệ thống điện này. Kiểm chứng hiệu quả của phương pháp nghiêncứu sử dụng MATLABSimulink ” làm đề tài nghiên cứu bài tập dài của chúng em.Mô hình hóa và mô phỏng là một lĩnh vực rất rộng và đang phát triển. Do thời giancó hạn nên bài tập dài của chúng em vẫn có sự thiếu sót mongDù đã rất cố gắng và nỗ lực để thực hiện đề tài này, nhưng do kiến thức và thời giancó hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, vì vậy chúng em rất mong nhậnđược những ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng các bạn.Sinh viên thực hiệnNguyễn Trọng Thành làm chƣơng 1Võ Anh Thắng làm từ 2.1 đến 2.4Phan Anh Tú làm làm 2.4 đến 2.6Nguyễn Minh Tiến làm chƣơng 3Nguyễn Văn Tuấn làm chƣơng 4Đặng Văn Thắng làm chƣơng 5Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát5CHƢƠNG 1: NHU CẦU VÀ LỢI ÍCH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆNNhu cầu năng lượng đã tăng lên đáng kể trong thế kỷ vừa qua và dự kiến sẽ tăngtrưởng nhanh hơn và đáng kể trong tương lai gần. Trên cơ sở hạn chế và bổ sung các nguồnnăng lượng được phân loại thành hai loại: Nguồn năng lượng không thể tái tạo và nguồnnăng lượng tái tạo được.Các nguồn năng lượng không tái tạo là một nguồn tài nguyên thiên nhiên mà khôngthể sản xuất được và tồn tại của nó có giới hạn, nơi mà các nguồn năng lượng tái tạo là mộtnguồn tài nguyên thiên nhiên có thể được bổ sung một cách tự nhiên.Ví dụ về các nguồn năng lượng không tái tạo được là dầu mỏ, khí tự nhiên, than,uranium, propan,…và ví dụ về các nguồn năng lượng tái tạo là sinh học, năng lượng mặttrời, thủy điện, địa nhiệt, năng lượng thủy triều…Năng lượng không thể tái tạo là nguồnnăng lượng chính cho sản xuất điện. Trong đó 32% tổng lượng nhiên liệu hóa thạch toàncầu được dùng để sản xuất điện và 40% sản lượng điện sản xuất trên toàn thế giới bởi cácnhà máy điện dùng than và 20% do các nhà máy điện dùng khí đốt. Ngày nay, chúng takhông thể tưởng tượng một cuộc sống mà không sử dụng các nhiên liệu hóa thạch. Do tiêuthụ nhiên liệu hóa thạch, môi trường ngày càng bị ô nhiễm và thậm chí nó ảnh hưởng đếnsức khỏe con người trực tiếp do hít vào khói thải. Sự phát xạ hạt bụi sau khi đốt gây ra bệnhung thư phổi và ung thư bàng quang. Ô nhiễm không khí đã trở thành một vấn đề nghiêmtrọng ở nhiều nước đang phát triển. Sử dụng các nguồn năng lượng xanh giảm tỷ lệ của sựnóng lên toàn cầu. Gió, mặt trời, thủy điện, sóng biển, địa nhiệt và thủy triều là một số trongnhững hình thức của các nguồn năng lượng tái tạo.Ở việt nam về cơ cấu tiêu thụ điện, công nghiệp tiếp tục là ngành chiếm tỉ trọng tiêuthụ điện năng nhiều nhất với tốc độ tăng từ 47.4% lên đến 52% tổng sản lượng tiêu thụ điệntương ứng trong năm 2006 và 2010. Tiêu thụ điện hộ gia đình chiếm tỉ trọng lớn thứ hainhưng có xu hướng giảm nhẹ do tốc độ công nghiệp hoá nhanh của Việt Nam, từ 42.9%năm 2006 thành 38.2% năm 2010. Phần còn lại dịch vụ, nông nghiệp và các ngành khácchiếm khoảng 10% tổng sản lượng tiêu thụ điện năng. Để có thể đáp ứng được nhu cầu điệnnăng, Chính phủ Việt Nam đã đề ra mục tiêu cụ thể về sản xuất và nhập khẩu cho ngànhđiện. Trong Tổng sơ đồ VII cho giai đoạn 20102020 tầm nhìn 2030 các mục tiêu bao gồm:1) Sản xuất và nhập khẩu tổng cộng 194 210 tỉ kWh đến năm 2015, 330 362 tỉ kWh năm2020, và 695 834 tỉ kWh năm 2030.MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................................4CHƢƠNG 1: NHU CẦU VÀ LỢI ÍCH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ..........................5CHƢƠNG 2: TUABIN THỦY LỰC ....................................................................................72.1: Mô hình toán học của hệ thống bộ điều chỉnh tuabin .................................................82.2: Mô hình hóa các bộ điều khiển ......................................................................................92.3: Mô hình hóa các hệ thống servo thủy điện ...................................................................92.3.1: Nguyên tắc hoạt động của động cơ servo.................................................................102.3.2: Mô hình toán học của động cơ servo........................................................................112.4: Giới thiệu về tuabin thủy lực .......................................................................................122.4.1: Tuabin xung kích .......................................................................................................122.4.2: Tuabin phản lực .........................................................................................................132.4.3: Năng lƣợng và hiệu suất của tuabin.........................................................................132.5: Mô hình hóa các tua bin thủy lực................................................................................142.6: Mô hình MATLAB Simulink của bộ điều chỉnh tuabin thủy lực ..........................16CHƢƠNG 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ................................................................................173.1: Máy phát điện đồng bộ .................................................................................................173.2: Mô hình máy phát điện đồng bộ..................................................................................172.3: Đầu vào và đầu ra của các khối ...................................................................................182.4: Thông số của máy đồng bộ trong MATLAB Simulink ...........................................19CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN..........................................................214.1: Hoạt động của nhà máy thủy điện nhỏ .......................................................................224.2: Mô hình MATLAB Simulink của nhà máy thủy điện.............................................234.3: Đƣa thông số vào mô hình............................................................................................23CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT.....................................................................265.1: Kết quả mô phỏng.........................................................................................................265.2: Kết luận..........................................................................................................................29Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát3MỤC LỤC CÁC BẢNGTên bảng TrangBảng 3.1: Các tín hiệu bộ tách kênh tại đầu cuối m của một máy phát điện 19Bảng 4.1: Bảng thông số khối HTG 23Bảng 4.2: Thông số khối Excitation System (Hệ thống kích từ) 24Bảng 4.3: Thông số Máy phát điện (200MVA, 13.8kV) 24Bảng 4.4: Thông số máy biến áp 25Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát4LỜI MỞ ĐẦUMô hình hóa và mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khóa học được ứng dụngrất rộng rãi: Từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành các hệ thống. Ngày nay nhờ có sựtrợ giúp của các máy tính có tốc độ tính toán cao và bộ nhớ lớn mà phương pháp mô hìnhhóa được phát triển mạnh mẽ, đưa lại hiệu quả to lớn trong nghiên cứu khoa học và thựctiễn sản xuất. Mô hình hóa và mô phỏng được ứng dụng không những vào lĩnh vực khoahọc công nghệ mà còn ứng dụng có hiệu quả vào nhiều lĩnh vực khác nhau như quân sự,kinh tế và xã hội...Chính vì lý do này nên chúng em chọn đề tài “ Mô hình hóa, mô phỏng và điềukhiển một hệ thống điện (thủy điện hydro turbine) đơn giản. Thiết kế bộ ổn định (powersystem stabilizer) cho hệ thống điện này. Kiểm chứng hiệu quả của phương pháp nghiêncứu sử dụng MATLABSimulink ” làm đề tài nghiên cứu bài tập dài của chúng em.Mô hình hóa và mô phỏng là một lĩnh vực rất rộng và đang phát triển. Do thời giancó hạn nên bài tập dài của chúng em vẫn có sự thiếu sót mongDù đã rất cố gắng và nỗ lực để thực hiện đề tài này, nhưng do kiến thức và thời giancó hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế, vì vậy chúng em rất mong nhậnđược những ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng các bạn.Sinh viên thực hiệnNguyễn Trọng Thành làm chƣơng 1Võ Anh Thắng làm từ 2.1 đến 2.4Phan Anh Tú làm làm 2.4 đến 2.6Nguyễn Minh Tiến làm chƣơng 3Nguyễn Văn Tuấn làm chƣơng 4Đặng Văn Thắng làm chƣơng 5Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Khoát5CHƢƠNG 1: NHU CẦU VÀ LỢI ÍCH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆNNhu cầu năng lượng đã tăng lên đáng kể trong thế kỷ vừa qua và dự kiến sẽ tăngtrưởng nhanh hơn và đáng kể trong tương lai gần. Trên cơ sở hạn chế và bổ sung các nguồnnăng lượng được phân loại thành hai loại: Nguồn năng lượng không thể tái tạo và nguồnnăng lượng tái tạo được.Các nguồn năng lượng không tái tạo là một nguồn tài nguyên thiên nhiên mà khôngthể sản xuất được và tồn tại của nó có giới hạn, nơi mà các nguồn năng lượng tái tạo là mộtnguồn tài nguyên thiên nhiên có thể được bổ sung một cách tự nhiên.Ví dụ về các nguồn năng lượng không tái tạo được là dầu mỏ, khí tự nhiên, than,uranium, propan,…và ví dụ về các nguồn năng lượng tái tạo là sinh học, năng lượng mặttrời, thủy điện, địa nhiệt, năng lượng thủy triều…Năng lượng không thể tái tạo là nguồnnăng lượng chính cho sản xuất điện. Trong đó 32% tổng lượng nhiên liệu hóa thạch toàncầu được dùng để sản xuất điện và 40% sản lượng điện sản xuất trên toàn thế giới bởi cácnhà máy điện dùng than và 20% do các nhà máy điện dùng khí đốt. Ngày nay, chúng takhông thể tưởng tượng một cuộc sống mà không sử dụng các nhiên liệu hóa thạch. Do tiêuthụ nhiên liệu hóa thạch, môi trường ngày càng bị ô nhiễm và thậm chí nó ảnh hưởng đếnsức khỏe con người trực tiếp do hít vào khói thải. Sự phát xạ hạt bụi sau khi đốt gây ra bệnhung thư phổi và ung thư bàng quang. Ô nhiễm không khí đã trở thành một vấn đề nghiêmtrọng ở nhiều nước đang phát triển. Sử dụng các nguồn năng lượng xanh giảm tỷ lệ của sựnóng lên toàn cầu. Gió, mặt trời, thủy điện, sóng biển, địa nhiệt và thủy triều là một số trongnhững hình thức của các nguồn năng lượng tái tạo.Ở việt nam về cơ cấu tiêu thụ điện, công nghiệp tiếp tục là ngành chiếm tỉ trọng tiêuthụ điện năng nhiều nhất với tốc độ tăng từ 47.4% lên đến 52% tổng sản lượng tiêu thụ điệntương ứng trong năm 2006 và 2010. Tiêu thụ điện hộ gia đình chiếm tỉ trọng lớn thứ hainhưng có xu hướng giảm nhẹ do tốc độ công nghiệp hoá nhanh của Việt Nam, từ 42.9%năm 2006 thành 38.2% năm 2010. Phần còn lại dịch vụ, nông nghiệp và các ngành khácchiếm khoảng 10% tổng sản lượng tiêu thụ điện năng. Để có thể đáp ứng được nhu cầu điệnnăng, Chính phủ Việt Nam đã đề ra mục tiêu cụ thể về sản xuất và nhập khẩu cho ngànhđiện. Trong Tổng sơ đồ VII cho giai đoạn 20102020 tầm nhìn 2030 các mục tiêu bao gồm:1) Sản xuất và nhập khẩu tổng cộng 194 210 tỉ kWh đến năm 2015, 330 362 tỉ kWh năm2020, và 695 834 tỉ kWh năm 2030.Bài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản Bài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản Bài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản Bài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINKBài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINKBài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINKBài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINKBài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINKBài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINKBài tập dài mô hình hóa nhà máy thủy điện đơn giản bằng MATLABSIMULINK

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG - - ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH HÓAVÀ MÔ PHỎNG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐƠN GIẢN THIẾT KẾ BỘ ỔN ĐỊNH CHO HỆ THỐNG GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN : TS.NGUYỄN NGỌC KHOÁT SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN MINH TIẾN NGUYỄN TRỌNG THÀNH ĐẶNG VĂN THẮNG VÕ ANH THẮNG NGUYỄN VĂN TUẤN PHAN ANH TÚ LỚP : Đ7 - CNTĐ1 Hà Nội, Tháng – 2016 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: NHU CẦU VÀ LỢI ÍCH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN CHƢƠNG 2: TUABIN THỦY LỰC 2.1: Mô hình toán học hệ thống điều chỉnh tuabin 2.2: Mô hình hóa điều khiển 2.3: Mô hình hóa hệ thống servo thủy điện 2.3.1: Nguyên tắc hoạt động động servo 10 2.3.2: Mô hình toán học động servo 11 2.4: Giới thiệu tuabin thủy lực .12 2.4.1: Tuabin xung kích .12 2.4.2: Tuabin phản lực 13 2.4.3: Năng lƣợng hiệu suất tuabin 13 2.5: Mô hình hóa tua bin thủy lực 14 2.6: Mô hình MATLAB / Simulink điều chỉnh tuabin thủy lực 16 CHƢƠNG 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 17 3.1: Máy phát điện đồng 17 3.2: Mô hình máy phát điện đồng 17 2.3: Đầu vào đầu khối 18 2.4: Thông số máy đồng MATLAB / Simulink 19 CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 21 4.1: Hoạt động nhà máy thủy điện nhỏ .22 4.2: Mô hình MATLAB / Simulink nhà máy thủy điện .23 4.3: Đƣa thông số vào mô hình 23 CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT .26 5.1: Kết mô 26 5.2: Kết luận 29 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát MỤC LỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 3.1: Các tín hiệu tách kênh đầu cuối 'm' máy phát điện 19 Bảng 4.1: Bảng thông số khối HTG 23 Bảng 4.2: Thông số khối Excitation System (Hệ thống kích từ) 24 Bảng 4.3: Thông số Máy phát điện (200MVA, 13.8kV) 24 Bảng 4.4: Thông số máy biến áp 25 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát LỜI MỞ ĐẦU Mô hình hóa mô phương pháp nghiên cứu khóa học ứng dụng rộng rãi: Từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành hệ thống Ngày nhờ có trợ giúp máy tính có tốc độ tính toán cao nhớ lớn mà phương pháp mô hình hóa phát triển mạnh mẽ, đưa lại hiệu to lớn nghiên cứu khoa học thực tiễn sản xuất Mô hình hóa mô ứng dụng vào lĩnh vực khoa học công nghệ mà ứng dụng có hiệu vào nhiều lĩnh vực khác quân sự, kinh tế xã hội Chính lý nên chúng em chọn đề tài “ Mô hình hóa, mô điều khiển hệ thống điện (thủy điện - hydro turbine) đơn giản Thiết kế ổn định (power system stabilizer) cho hệ thống điện Kiểm chứng hiệu phương pháp nghiên cứu sử dụng MATLAB/Simulink ” làm đề tài nghiên cứu tập dài chúng em Mô hình hóa mô lĩnh vực rộng phát triển Do thời gian có hạn nên tập dài chúng em có thiếu sót mong Dù cố gắng nỗ lực để thực đề tài này, kiến thức thời gian có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót hạn chế, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy cô bạn Sinh viên thực Nguyễn Trọng Thành làm chƣơng Võ Anh Thắng làm từ 2.1 đến 2.4 Phan Anh Tú làm làm 2.4 đến 2.6 Nguyễn Minh Tiến làm chƣơng Nguyễn Văn Tuấn làm chƣơng Đặng Văn Thắng làm chƣơng Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát CHƢƠNG 1: NHU CẦU VÀ LỢI ÍCH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Nhu cầu lượng tăng lên đáng kể kỷ vừa qua dự kiến tăng trưởng nhanh đáng kể tương lai gần Trên sở hạn chế bổ sung nguồn lượng phân loại thành hai loại: Nguồn lượng tái tạo nguồn lượng tái tạo Các nguồn lượng không tái tạo nguồn tài nguyên thiên nhiên mà sản xuất tồn có giới hạn, nơi mà nguồn lượng tái tạo nguồn tài nguyên thiên nhiên bổ sung cách tự nhiên Ví dụ nguồn lượng không tái tạo dầu mỏ, khí tự nhiên, than, uranium, propan,…và ví dụ nguồn lượng tái tạo sinh học, lượng mặt trời, thủy điện, địa nhiệt, lượng thủy triều…Năng lượng tái tạo nguồn lượng cho sản xuất điện Trong 32% tổng lượng nhiên liệu hóa thạch toàn cầu dùng để sản xuất điện 40% sản lượng điện sản xuất toàn giới nhà máy điện dùng than 20% nhà máy điện dùng khí đốt Ngày nay, tưởng tượng sống mà không sử dụng nhiên liệu hóa thạch Do tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, môi trường ngày bị ô nhiễm chí ảnh hưởng đến sức khỏe người trực tiếp hít vào khói thải Sự phát xạ hạt bụi sau đốt gây bệnh ung thư phổi ung thư bàng quang Ô nhiễm không khí trở thành vấn đề nghiêm trọng nhiều nước phát triển Sử dụng nguồn lượng xanh giảm tỷ lệ nóng lên toàn cầu Gió, mặt trời, thủy điện, sóng biển, địa nhiệt thủy triều số hình thức nguồn lượng tái tạo Ở việt nam cấu tiêu thụ điện, công nghiệp tiếp tục ngành chiếm tỉ trọng tiêu thụ điện nhiều với tốc độ tăng từ 47.4% lên đến 52% tổng sản lượng tiêu thụ điện tương ứng năm 2006 2010 Tiêu thụ điện hộ gia đình chiếm tỉ trọng lớn thứ hai có xu hướng giảm nhẹ tốc độ công nghiệp hoá nhanh Việt Nam, từ 42.9% năm 2006 thành 38.2% năm 2010 Phần lại dịch vụ, nông nghiệp ngành khác chiếm khoảng 10% tổng sản lượng tiêu thụ điện Để đáp ứng nhu cầu điện năng, Chính phủ Việt Nam đề mục tiêu cụ thể sản xuất nhập cho ngành điện Trong Tổng sơ đồ VII cho giai đoạn 2010-2020 tầm nhìn 2030 mục tiêu bao gồm: 1) Sản xuất nhập tổng cộng 194 - 210 tỉ kWh đến năm 2015, 330 - 362 tỉ kWh năm 2020, 695 - 834 tỉ kWh năm 2030 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát 2) Ưu tiên sản xuất điện từ nguồn lượng tái tạo cách tăng tỷ lệ điện sản xuất từ nguồn lượng từ mức 3.5% năm 2010 lên 4.5% tổng điện sản xuất vào năm 2020 6% vào năm 2030 3) Giảm hệ số đàn hồi điện/GDP từ bình quân 2.0 xuống 1.5 năm 2015 1.0 năm 2020 4) Đẩy nhanh chương trình điện khí hoá nông thôn miền núi đảm bảo đến năm 2020 hầu hết số hộ dân nông thôn có điện Các chiến lược áp dụng để đạt mục tiêu nói đề bao gồm: 1) Đa dạng hoá nguồn sản xuất điện nội địa bao gồm nguồn điện truyền thống (như than ga) nguồn (như Năng lượng tái tạo điện nguyên tử) 2) Phát triển cân đối công suất nguồn miền: Bắc Trung Nam, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện hệ thống điện miền nhằm giảm tổn thất truyền tải, chia sẻ công suất nguồn dự trữ khai thác hiệu nhà máy thuỷ điện mùa 3) Phát triển nguồn điện đôi với đổi công nghệ nhà máy vận hành 4) Đa dạng hoá hình thức đầu tư phát triển nguồn điện nhằm tăng cường cạnh tranh nâng cao hiệu kinh tế; Cơ cấu nguồn điện cho giai đoạn 2010-2020 tầm nhìn 2030 đề nguồn nhiên liệu quan trọng than nhiệt điện Điện nguyên tử lượng tái tạo chiếm tỉ trọng tương đối cao vào giai đoạn 2010-2020 dần trở nên tương đối quan trọng giai đoạn 2020-2030 Thuỷ điện trì thị phần không đổi giai đoạn 2010-2020 2020-2030 thuỷ điện gần khai thác hết toàn quốc Việt nam nước phát triển nên nhu cầu lượng cao Việc thiết kế xây dựng nhà máy thủy điện với cải tiến công nghệ giúp suất sản xuất điện tăng cao ổn định việc cần thiết song song với việc thiết kế xây dựng nguồn lượng Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát CHƢƠNG 2: TUABIN THỦY LỰC Nhà máy thủy điện nguồn lượng hệ thống điện Nó có hai phần chính, thứ phần khí nhà máy bao gồm tuabin thuỷ lực, đường ống áp lực, điều khiển, động servo thủy lực, van điều khiển, Phần thứ hai nhà máy phần điện mà chủ yếu bao gồm máy phát tải Các hình thức kết hợp tua bin thủy lực, điều khiển hệ thống servo thủy điện biết điều chỉnh tuabin thủy điện Chức điều chỉnh tuabin thuỷ điện kiểm soát tốc độ tuabin qua tín hiệu phản hồi tốc độ Các tần số tạo tỷ lệ thuận với tốc độ quay tuabin Vì vậy, để trì tần số tạo liên tục 50Hz tốc độ phải luân chuyển liên tục Tuabin nối với trục máy phát điện, liệu tốc độ phát cảm nhận máy đo tốc độ gửi trở lại điều chỉnh tuabin Bộ điều chỉnh tuabin so sánh với giá trị thực tế tham khảo tín hiệu tốc độ điều chỉnh lưu lượng nước để trì tốc độ mức độ xác Sự thay đổi tốc độ tuabin kéo hệ thống hướng tới bất ổn Bộ điều chỉnh tương đối nhỏ kích thước nhanh để đáp ứng với lỗi tốc độ Sự biến động tốc độ máy phát điện tốc độ đồng gọi dao động Hiện tượng xảy thiếu kiểm soát điều chỉnh Hình 2.1: Sơ đồ khối chức nhà máy điện thủy điện Hình 2.1 cho thấy sơ đồ khối hoàn toàn nhà máy thủy điện Nước lưu trữ hồ chứa Năng lượng nước chuyển thành động xả khỏi hồ chứa qua đường ống áp lực Động chuyển đổi thành lượng học cho phép nước rơi cánh quạt tuabin Bên cạnh trục máy phát điện nối với trục tuabin tuabin quay làm quay máy phát điện tạo điện năng, máy phát điện sản xuất lượng điện cách chuyển đổi lượng học thành lượng điện Các hệ thống điều chỉnh tốc độ tuabin điều chỉnh tốc độ máy phát điện dựa Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát tín hiệu phản hồi độ lệch tần số hệ thống với thiết lập ban đầu Điều đảm bảo phát điện tần số đồng 2.1: Mô hình toán học hệ thống điều chỉnh tuabin Do thay đổi tải thời gian vận hành nên tần số tạo hệ thống dao động Bộ điều chỉnh tuabin sử dụng để trì tốc độ tuabin liên tục tần số điện hoạt động phải đáp ứng tải thay đổi Bộ điều chỉnh tuabin quy định đầu vào nước vào tua bin, sau làm quay máy phát điện để sản xuất điện Phần thể chi tiết mô hình học hệ thống điều khiển tuabin thủy lực Một mô hình toán học hệ thống thủy lực bao gồm tuabin đường ống áp lực hệ thống điều khiển giới thiệu Để điều chỉnh việc mở cửa cửa van, động servo điều khiển van Các động servo kích hoạt tín hiệu tạo từ điều chỉnh tuabin (2.1) Trong đó: - q: per-unit turbine flow - : Áp lực tĩnh cột nước - : per-unit conduit head losses - h: Chiều dài đoạn ống dẫn - A: Diện tích mặt cắt ngang đường ống áp lực - g: Gia tốc trọng trường Các đặc trưng dòng chảy mômen xoắn tuabin cho phương trình 2.2 2.3 Q = Q(H, x, y) (2.2) (2.3) Với Q tốc độ dòng chảy, mômen xoắn tuabin, y chiều cao mở cửa xả x tốc độ tuabin Khi thông số tuabin khác phạm vi nhỏ hoạt động ổn định, hai chức cho lưu lượng nước mômen xoắn tuyến tính (phương trình 2.4 2.5) như: (2.4) (2.5) Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát , đạo hàm riêng mômen xoắn , đạo hàm riêng mô-men xoắn tới tốc độ tuabin , đạo hàm riêng mô-men xoắn cho áp suất tuabin nước , đạo hàm riêng dòng chảy mở van , đạo hàm riêng dòng chảy với tốc độ tuabin , đạo hàm riêng dòng chảy với van tuabin 2.2: Mô hình hóa điều khiển Ở điều khiển PID sử dụng điều khiển Các lỗi tốc độ xem đầu vào cho điều khiển điều khiển PID nhằm giảm khác biệt tốc độ thực tế tốc độ mong muốn cách điều chỉnh số điều khiển Tính toán điều khiển PID bao gồm thông số riêng biệt, gọi điều khiển ba khâu: giá trị tỉ lệ, tích phân đạo hàm, viết tắt P, I, D Tín hiệu đầu điều khiển PID: ∫ (2.6) Lấy biến đổi Laplace hai vế phương trình 2.6, ta có: (2.7) Hàm truyền điều khiển PID là: (2.8) 2.3: Mô hình hóa hệ thống servo thủy điện Trong mô hình điều chỉnh tuabin động servo sử dụng để kiểm soát cửa van theo tín hiệu điều khiển Bộ điều khiển vô hiệu hóa lỗi tín hiệu tốc độ cách gửi tín hiệu tới động servo để điều khiển đóng mở van Vì vậy, động servo làm việc thiết bị truyền động kích hoạt cách nhận tín hiệu báo lỗi Bộ điều khiển xử lý liệu sai số, vị trí góc đến cấu chấp hành để điều khiển van làm tăng giảm việc mở van tạo ổn định hệ thống cách trì tốc độ yêu cầu Bằng cách thu thập tín hiệu vị trí góc, động servo điều chỉnh van dẫn đến điều chỉnh lưu lượng nước mà tốc độ đạt giá trị yêu cầu giá trị đồng Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát Hình 2.2: Mô hình phi tuyến tua bin thủy lực 2.3.1: Nguyên tắc hoạt động động servo Các hoạt động động servo tương tự động cảm ứng với số điều chỉnh Có hai cuộn dây đặt stator gọi cuộn điều khiển cuộn pha chuẩn Các điện áp áp dụng cho đoạn 90° khỏi đoạn độ lớn điện áp không đồng Do đoạn làm thay đổi từ trường quay sinh stator Sự thay đổi pha điện áp cuộn điều khiển cuộn pha chuẩn định chiều quay động Các từ thông xoay rotor tuân theo luật cảm ứng điện từ Faraday Khi dây dẫn rotor ngắn mạch vòng kín sức điện động cảm ứng dây dẫn gây dòng điện dây dẫn rotor Theo định luật Faraday`s quy tắc bàn tay trái, điện cảm chịu ảnh hưởng từ thông, chịu lực Các lực gây mômen xoắn động bắt đầu quay Đối với động servo, mômen xoắn có đặc điểm tốc độ tuyến tính Tốc độ động tỷ lệ với kích thước cánh quạt, muốn tăng tốc phải giảm kích thước cánh quạt đồng thời tăng số cánh quạt lên Để tăng gia tốc, kích thước rotor phải nhỏ Việc xây dựng rotor thường lồng sóc loại dây quấn Đường kính rotor phải nhỏ để làm giảm quán tính để tăng tốc nhanh Rotor bắt đầu chuyển động, nhận tín hiệu báo 'lỗi' Động quay theo hướng ngược lại khiến tín hiệu gây lỗi bị giảm Các động ngừng quay tín hiệu sai số gần không Các đầu mômen xoắn động tỷ lệ với điện áp điều khiển hướng mômen xoắn xác định phân cực điện áp điều khiển Trên thực tế động servo điện áp không độ lớn Điện áp tham chiếu giữ không đổi điện áp pha điều khiển kích thích tín hiệu lỗi 10 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát Với U vận tốc nước đường ống áp lực số tỷ lệ thuận Khi vận tốc nước đường ống áp lực xác định, mối quan hệ tốc độ dòng chảy, áp suất thành lập 2.18 2.20 (2.18) Sự tăng vận tốc chất lỏng đường ống áp lực mô tả phương trình 2.19 (2.19) gia tốc trọng lực do, L chiều dài đường ống áp lực Với Bình phương hóa phương trình 2.17 ta ̅ ̅ ( ̅) (2.20) ̅ (2.21) ̅ ̅̅̅̅ thời gian nước bắt đầu chảy đến tải Với tốc độ dòng nước định mức áp suất tương ứng Năng lượng học đầu cho (2.22) Với tổn thất điện cố định tuabin ma sát (2.23) Và viết tắt tốc độ không tải Các đặc tính thủy lực đầu lượng học tuabin mô Các đặc tính phi tuyến tuabin thủy lực bị bỏ qua mô hình Sơ đồ khối hoàn chỉnh mô hình tuabin thủy điện thể hình 2.7 (động servo thủy điện) đầu truyền động việc mở van điều khiển van để trì tốc độ không đổi cách quy định với tỷ lệ dòng nước Hàm chuyền biểu diễn phương trình 2.21 Q tỷ lệ lưu lượng H áp suất lưới chọn đầu vào tốc độ dòng chảy tín hiệu đầu hàm truyền giả định hàm truyền tĩnh với trị số chuẩn 1pu Sử dụng khối tổng kết tín hiệu thu Theo phương trình 2.21 nhân với tín hiệu tích hợp để có tốc độ dòng chảy Q Thực tế để tìm tốc độ dòng chảy nước lưu lượng không tải Q khử sử cộng Sử dụng Q tín hiệu 1/G khối kết quả, tín hiệu Q/G tạo ra, bậc cung cấp cho 15 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát giá trị thực tế áp suất, H theo phương trình 2.15 Bỏ qua ma sát turbine mô hình Phương trình 2.16 thiết lập mối quan hệ toàn điện tuabin, tốc độ dòng chảy nước thực tế áp suất nước Hình 2.6: Mô hình tóm tắt tuabin thủy lực dƣới Matlab / Simulink 2.6: Mô hình MATLAB / Simulink điều chỉnh tuabin thủy lực Bộ điều chỉnh turbine thủy điện phần quan trọng nhà máy thuỷ điện Về sử dụng cho hai mục đích - trước hết, phát triển lượng học trục máy phát điện đưa vào máy phát điện để sản xuất điện Và thứ hai, điều khiển thay đổi tốc độ máy phát điện mà tần số tạo không đổi Bộ điều khiển PID, hệ thống servo thủy điện tua bin thủy lực thành phần điều chỉnh tuabin thủy điện Sự hình thành mô hình khối toán học thực phần trước chương Những mô hình thành phần kết nối cho tần số tạo không đổi Sơ đồ khối điều chỉnh tuabin thủy điện thể hình 2.7 Yếu tố điều chỉnh điều khiển PID Các lỗi tốc độ độ lệch điện áp chọn làm đầu vào cho điều khiển, tạo tín hiệu đầu vào động servo thủy điện Đẩy nhanh phản ứng động servo cách kiểm soát van theo tín hiệu đầu vào động servo Các van sử dụng để kiểm soát tốc độ dòng chảy mà tần số tạo hệ thống không đổi Hình 2.7: Mô hình tóm tắt điều chỉnh tuabin thủy lực 16 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát CHƢƠNG 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Các mô hình toán học máy phát điện đồng giới thiệu chương Sự ổn định hệ thống chủ yếu phụ thuộc vào hiệu suất máy phát điện đồng Sự thay đổi tải tần số máy điện đồng kéo ổn định hệ thống 3.1: Máy phát điện đồng Máy phát điện đồng trung tâm lượng điện hệ thống điện Các nghiên cứu lí thuyết đặc tính động đồng định nghĩa ổn định hệ thống điện Các máy điện đồng chia thành hai loại: Máy phát điện tốc độ cao gọi máy phát điện tuabin thường điều khiển khí, dầu, nước…và máy phát điện tốc độ thấp nhờ hệ thống thủy lực Các mạch phần ứng máy phát điện đồng đặt stator, cuộn dây kích từ cuộn dây giảm chấn đặt roto trục d trục q Các cuộn dây phần ứng cung cấp dòng điện tải nguồn cung cấp điện cho hệ thống Các cuộn cản dịu rotor sử dụng chủ yếu để ngăn chặn tượng dao động 3.2: Mô hình máy phát điện đồng Mô hình toán học máy điện đồng sử dụng phương trình Park cho điện động lực học Phương trình 3.1 đến 3.4 sử dụng để mô hình điện động lực học máy phát điện đồng (3.1) (3.2) .(3.3) (3.4) Trong đó: - trục d thời gian mạch mở liên tục chế độ tiền độ - trục q thời gian mạch mở liên tục chế độ tiền độ - trục d thời gian mạch mở liên tục chế độ độ - trục q thời gian mạch mở liên tục chế độ độ - trục d điện kháng độ - trục q điện kháng độ 17 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát - trục d điện kháng tiền độ - trục q điện kháng tiền độ - trục d điện kháng đồng - trục q điện kháng đồng - Điện áp cuộn dây kích từ - trục d gây điện áp chế độ độ - trục q gây điện áp chế độ độ - trục q gây điện áp chế độ tiền độ - trục d gây điện áp chế độ tiền độ Trên sở phương trình tổng quát, mô hình máy đồng mô phần mềm MATLAB / Simulink Mô hình có sẵn khối (Hình 3.2) với thiết bị đầu cuối khác thư viện MATLAB / Simulink Khối sử dụng máy phát điện cho thủy điện Hình 3.1: Mô hình máy phát điện 2.3: Đầu vào đầu khối Các đầu vào cho khối lượng học Pm áp dụng trục động Một số số dương không đổi lựa chọn cho đầu vào để động hoạt động máy phát điện Sản lượng điện tuabin chọn đầu vào cho động Đầu vào thứ hai khối điện áp kích Điện áp cung cấp từ khối kích từ sử dụng mô hình Các thiết bị đầu động định chữ 'm' Nó vector chứa thông tin 22 tín hiệu đầu (Bảng 3.1) từ khối giao diện Các tín hiệu tách kênh cách sử dụng chọn bus có sẵn 18 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát 2.4: Thông số máy đồng MATLAB / Simulink Cài đặt thông số lựa chọn xuất hộp thoại khối máy đồng Mô hình Preset cung cấp tập hợp giá trị xác định thông số điện khí cho loại máy đồng (kVA, đường dây điện áp (V), tần số (Hz) tốc độ) Nhưng mô hình này, không lựa chọn thông số phù hợp với thống số máy phát điện Vì vậy, công suất kVA định trước, dòng điện áp, giá trị tần số máy phát điện sử dụng nhập sử dụng thông số chọn Bảng 3.1: Các tín hiệu tách kênh đầu cuối 'm' máy phát điện Thứ tự Định nghĩa Đơn vị Cường độ dòng điện stator a A pu Cường độ dòng điện stator b A pu Cường độ dòng điện stator c A pu Cường độ dòng điện stator q A pu Cường độ dòng điện stator d A pu Dòng điện (nếu có) d A pu Cường độ dòng điện cuộn cản dịu A pu Cường độ dòng điện cuộn cản dịu A pu Cường độ dòng điện cuộn cản dịu A pu 10 Dòng thông V.s pu 11 Dòng thông V.s pu 12 Điện áp stator V pu 13 Điện áp stator Rad 14 góc rotor lệch theta (d) Rad/s 15 Tốc độ rotor VA pu 16 Công suất Pu 17 Độ sai lệch tốc độ rotor dw Rad 18 Góc học rotor theta N.m pu 29 Góc tải delta N.m pu 20 Công suất hữu công đầu Rad 21 Công suất vô công đầu Rad 19 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát Đầu vào học dường lựa chọn thứ hai Năng lượng học tốc độ rotor w lựa chọn để thay hệ số tải đầu vào học Năng lượng học lựa chọn để định đầu vào lượng học đơn vị W pu Khi tốc độ dương máy hoạt động chế độ khởi động Lựa chọn thứ ba loại Rotor, cho phép chọn kiểu cánh quạt cho dù loại hình trụ loại lồi Sự lựa chọn ảnh hưởng đến số lượng mạch rotor trục d (cuộn dây giảm chấn) Trong tài liệu rotor cực lồi chọn cho máy phát thủy điện 20 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Thông thường nhà máy thủy điện nhỏ có công suất 100 kW Thời gian xây dựng nhà máy nhiều so với nhà máy thủy điện lớn Nhà máy thủy điện nhỏ vận hàng đơn giản, đáng tin cậy, bảo trì tối thiểu yêu cầu thời gian để xây dựng Chi phí thiết bị cao trở ngại việc phát triển nhà máy điện Nhưng thành phần thiết bị cần thiết cho nhà máy thủy điện nhỏ có sẵn thị trường Ngày nay, phải khoảng 2-5 năm để hoàn thành dự án thủy điện nhỏ Khi nhà máy xây dựng, nhà máy cung cấp điện 50 năm mà chưa cần bảo trì Hai phương án khác áp dụng để phát triển nhà máy thủy điện nhỏ Trong loại sông nhà máy thủy điện nhỏ sử dụng nước có sẵn dòng chảy tự nhiên sông Sức mạnh tạo biến động theo biến đổi dòng chảy Do biến động lượng, nhà máy sử dụng nguồn độc lập điện Nhà máy cần bổ sung nước để đáp ứng nhu cầu Nó sử dụng chuyển hướng dòng chảy dòng sông tạo đập nhỏ sông Dựa vào việc xây dựng đập sông, nước chuyển hướng phía nhà máy thủy điện cách sử dụng kênh dẫn nước Một đường ống chịu áp lực nối kênh, nước chảy qua đường ống áp lực đưa vào tuabin Sau sử dụng nước để làm quay tuabin thải sông thông qua đường ống chịu áp lực khác Để kiểm soát dòng chảy nước kênh van gắn đầu ống để kiểm soát nước 21 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát Hình 4.1: Mô hình chung nhà máy thủy điện 4.1: Hoạt động nhà máy thủy điện nhỏ Nhà máy thủy điện thường nằm khu vực đồi núi cao, nơi mà đập nước xây dựng cách dễ dàng hồ chứa lớn trữ nhiều nước Nhà máy thủy điện sử dụng lượng động nước Nước trữ lại đập, xả nước từ cao tạo động thông qua đường ống dẫn Khi nước qua đường ống áp lực chảy vào cánh turbine qua cánh quạt, động nước chuyển đổi thành lượng quay Động làm quay tuabin, tuabin quay làm quay máy phát điện Điện năng, P khai triển phương trình 4.1: (4.1) Trong đó: Q lưu lượng (m3/s) H the head (m) 22 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát 4.2: Mô hình MATLAB / Simulink nhà máy thủy điện Hình 4.2: Mô hình MATLAB/Simulink nhà máy thủy điện 4.3: Đƣa thông số vào mô hình Bảng 4.1: Bảng thông số khối HTG Servo-motor [ 10/3 0.07 ] [ Ka() Ta(sec) ] Gate opening limits [ gmin,gmax(pu) vgmin,vgmax(pu/s) ] Permanent droop and regulator [ 0.01 0.97518 -0.1 0.1 ] [ 0.05 1.163 0.105 0.01 ] [ Rp() Kp() Ki() Kd() Td(s) ] Hydraulic turbine [ 2.67 ] [ beta() Tw(sec) ] Droop reference (0=power error, 1=gate opening) Initial mechanical power (pu) 23 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát Bảng 4.2: Thông số khối Excitation System (Hệ thống kích từ) Low-pass filter time constant 20e-3 Tr(s) Regulator gain and time constant [ 300, 0.001 ] [ Ka() Ta(s) ] Exciter [ 1, ] [ Ke() Te() ] Transient gain reduction [ 0, ] [ Tb(s) Tc(s) ] Damping filter gain and time constant [ 0.001, 0.1 ] [ Kf() Tf(s) ] Regulator output limits and gain [ -11.5, 11.5, ] [ Efmin, Efmax (pu), Kp() ] Initial values of terminal voltage and field voltage [ Vt0 (pu) Vf0 (pu) ] [ 1,1.0 ] Bảng 4.3: Thông số Máy phát điện (200MVA, 13.8kV) Nominal power, line-to-line voltage, frequency [ Pn(VA) Vn(Vrms) fn(Hz) ] Reactances [ Xd Xd Xd Xq Xq [ 200E6 13800 60 ] [1.305, 0.296, 0.252, 0.474, 0.243, 0.18] Xl ] (pu) d axis time constants Short-circuit q axis time constants Open-circuit Time constants [ Td Td Tqo ] (s) [ 1.01, 0.053, 0.1 ] Stator resistance Rs (pu) 2.8544e-3 Inertia coeficient, friction factor, pole pairs [ H(s) F(pu) p() ] [ 3.2 ] Initial conditions [ dw(%) th(deg) ia,ib,ic(pu) pha,phb,phc(deg) Vf(pu) ] 24 [000000001] Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát Bảng 4.4: Thông số máy biến áp Nominal power and frequency [ 210e6 60 ] [ Pn(VA) , fn(Hz) ] Winding parameters [ 13.8e3 0.0027 0.08 ] [ V1 Ph-Ph(Vrms) , R1(pu) , L1(pu) ] Winding parameters [ 230e3 0.0027 0.08 ] [ V2 Ph-Ph(Vrms) , R2(pu) , L2(pu) ] Magnetization resistance Rm (pu) 500 Magnetization inductance Lm (pu) 500 Saturation characteristic [ 0,0 ; 0.005,1.2 ; 1.0,1.4 ] [ i1 , phi1 ; i2 , phi2 ; … ] (pu) Initial fluxes [ 0.8 , -0.8 , 0.7 ] [ phi0A , phi0B , phi0C ] (pu) 25 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 5.1: Kết mô Để phân tích kết mô phỏng, bốn biểu đồ vẽ: Đặc tính tốc độ, đặc tính đầu ra, điện áp kích thích theo thời gian (Vf) Điện áp ba pha a - b - c theo thời gian Độ tin cậy nhà máy thủy điện kiểm tra công suất nhà máy lỗi khắc phục cách hiệu nhanh chóng Đối với vấn đề này, cho lỗi ngắn mạch vào hệ thống để phân tích phản ứng nó, đưa kết luận độ tin cậy Các lỗi, gọi ba giai đoạn chạm đất giới thiệu thời điểm t = 0.2s Hình nhỏ các đồ thị hình 8, 10 tương ứng cho thấy trước xuất lỗi, hệ thống trạng thái ổn định với tốc độ pu, điện áp đầu biên độ pu điện áp kích thích khoảng 1,5 pu Các lỗi kéo dài khoảng 0.2s, từ 0.2s đến 0.4s thời gian lỗi có giảm đáng kể điện áp đầu mà trở thành 0,4 pu biên độ Ngoài điện áp kích thích tăng cao với mức trung bình 11,5 pu tốc độ tăng nhẹ lên 1,018 pu Việc tăng điện áp kích thích phản ứng tích cực hệ thống phát lỗi dẫn đến gia tăng giá trị thông lượng mà liên quan đến điện áp gây phương trình: E = KØN (5.1) Trong đó: K số máy điện Ø từ thông cực N tốc độ Từ phương trình 5.1, thấy điện áp tỷ lệ với từ thông gia tăng từ thông có tác dụng đưa điện áp trở lại với giá trị trước làm giảm lỗi Để tăng tốc độ điện áp cảm ứng việc kiểm soát điều chỉnh từ đóng mở van Tuy nhiên, gia tăng tốc độ không mang lại thay đổi lớn quan sát thấy tăng khoảng 0,01 pu thực tế phụ thuộc vào dòng nước chảy Hơn nữa, sau lỗi gỡ qua t = 0.4s, hệ thống nhanh chóng lấy lại ổn định với điện áp đầu 1pu tương đương với giá trị trạng thái ổn định trước Tự động điện áp kích thích giảm tiếp tục dao động để trì số điện áp đầu Cũng nhận 26 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát tốc độ dao động xung quanh giá trị trung bình pu Sự dao động tốc độ nhiều thời gian để ổn định so với người thân điện áp điều tốc độ mở van / đóng cửa điều chỉnh Hình 5.1: Tốc độ quay roto Hình 5.2: Điện áp kích thích theo thời gian (Vf) 27 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát Hình 5.3: Điện áp đầu (Va) máy phát điện đồng Hình 5.4: Dòng ba pha a, b, c theo thời gian (Iabc) 28 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát 5.2: Kết luận Tóm lại, mô hình nhà máy thủy điện lần xem xét Những mô hình đưa đầy đủ thông tin cho mô hình tích hợp với động dòng nước chảy, van điều khiển hệ khác Hệ thống mô tiếp tục xem xét với mục tiêu chung mô hình nhìn thấy thay đổi tốc độ, điện tạo ổn định phụ thuộc vào thông số đầu vào đóng - mở cửa van (trong liên quan đến tốc độ lưu lượng nước chảy vào tuabin), đường ống áp lực, tuabin mô hình máy phát điện Báo cáo hệ thống đại với mô hình áp dụng phương pháp mô phần mềm MATLAB / SIMULINK phần mềm Riverware trích dẫn Giai đoạn cuối việc xây dựng thông qua mô hình có nhà máy thủy điện phần mềm Matlab, sửa đổi mô Kết bật thu tốc độ ổn định điện áp đầu Một ba pha chạm đất phát 0.2s, điện áp đầu hệ thống ổn định cách nhanh chóng sau loại bỏ lỗi t = 0.4s điện áp kích thích cao trì có hệ thống điều khiển PID Tuy nhiên, thực tế, tăng điện áp kích thích hạn chế khả nguồn có nguồn cung cấp Trong trường hợp mô này, gia tăng điện áp kích thích khoảng 10 pu mà thực khó khăn để đạt điều kiện thực tế Nếu tăng tốc độ lên giúp cải thiện vấn đề hệ thống điều khiển thiết lập mô cho thấy gia tăng tốc độ không đáng kể Do khuyến cáo hệ thống kiểm soát điều chỉnh cần cải thiện với kỹ thuật điều khiển đại logic mờ điều nên sử dụng mô hình tương lai nhà máy thủy điện 29 [...]... Hình 5.2: Điện áp kích thích theo thời gian (Vf) 27 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát Hình 5.3: Điện áp đầu ra (Va) của máy phát điện đồng bộ Hình 5.4: Dòng ba pha a, b, c theo thời gian (Iabc) 28 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát 5.2: Kết luận Tóm lại, mô hình nhà máy thủy điện lần đầu tiên được xem xét Những mô hình này đã được đưa ra đầy đủ thông tin cho các mô. .. một van được gắn ở đầu ống để kiểm soát nước 21 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát Hình 4.1: Mô hình chung của một nhà máy thủy điện 4.1: Hoạt động của nhà máy thủy điện nhỏ Nhà máy thủy điện thường nằm ở các khu vực đồi núi cao, nơi mà đập nước có thể được xây dựng một cách dễ dàng và hồ chứa lớn có thể trữ được nhiều nước Nhà máy thủy điện sử dụng năng lượng động năng của nước Nước... này làm quay tuabin, tuabin quay làm quay máy phát điện Điện năng, P được khai triển trong phương trình 4.1: (4.1) Trong đó: Q là lưu lượng (m3/s) H là the head (m) 22 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát 4.2: Mô hình MATLAB / Simulink của nhà máy thủy điện Hình 4.2: Mô hình MATLAB/Simulink của một nhà máy thủy điện 4.3: Đƣa thông số vào mô hình Bảng 4.1: Bảng thông số khối HTG Servo-motor... cho dù đó là loại hình trụ hoặc loại lồi Sự lựa chọn này ảnh hưởng đến số lượng các mạch rotor trong trục d (cuộn dây giảm chấn) Trong tài liệu này các rotor cực lồi đã được chọn cho máy phát thủy điện 20 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Thông thường các nhà máy thủy điện nhỏ có công suất dưới 100 kW Thời gian xây dựng của các nhà máy này là ít hơn... với các nhà máy thủy điện lớn Nhà máy thủy điện nhỏ vận hàng rất đơn giản, đáng tin cậy, bảo trì tối thiểu và yêu cầu ít thời gian để xây dựng Chi phí thiết bị cao là những trở ngại chính trong việc phát triển các nhà máy điện như vậy Nhưng bây giờ các thành phần thiết bị cần thiết cho một nhà máy thủy điện nhỏ có sẵn trên thị trường Ngày nay, phải mất khoảng 2-5 năm để hoàn thành các dự án thủy điện. .. , phi0C ] (pu) 25 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 5.1: Kết quả mô phỏng Để phân tích các kết quả mô phỏng, bốn biểu đồ đã được vẽ: Đặc tính tốc độ, đặc tính đầu ra, điện áp kích thích theo thời gian (Vf) và Điện áp ba pha a - b - c theo thời gian Độ tin cậy của các nhà máy thủy điện chỉ có thể được kiểm tra bằng công suất của nhà máy và các lỗi khắc... tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát CHƢƠNG 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Các mô hình toán học của máy phát điện đồng bộ được giới thiệu trong chương này Sự ổn định của một hệ thống chủ yếu phụ thuộc vào hiệu suất của máy phát điện đồng bộ Sự thay đổi của tải hoặc tần số của máy điện đồng bộ kéo sự mất ổn định của hệ thống 3.1: Máy phát điện đồng bộ Máy phát điện đồng bộ là trung tâm năng lượng điện. .. tiền quá độ - trục d gây ra điện áp ở chế độ tiền quá độ Trên cơ sở các phương trình tổng quát, các mô hình máy đồng bộ được mô phỏng trong phần mềm MATLAB / Simulink Mô hình này là có sẵn như là một khối duy nhất (Hình 3.2) với thiết bị đầu cuối khác nhau trong thư viện MATLAB / Simulink Khối này được sử dụng như một máy phát điện cho cả thủy điện Hình 3.1: Mô hình máy phát điện 2.3: Đầu vào và đầu ra... độ quá độ - trục d của điện kháng quá độ - trục q của điện kháng quá độ 17 Bài tập dài nhà máy điện GVHD: TS Nguyễn Ngọc Khoát - trục d của điện kháng tiền quá độ - trục q của điện kháng tiền quá độ - trục d điện kháng đồng bộ - trục q điện kháng đồng bộ - Điện áp của cuộn dây kích từ - trục d gây ra điện áp ở chế độ quá độ - trục q gây ra điện áp ở chế độ quá độ - trục q gây ra điện áp ở chế độ tiền... dây phần ứng cung cấp dòng điện tải và là nguồn cung cấp điện cho hệ thống Các cuộn cản dịu của rotor được sử dụng chủ yếu để ngăn chặn hiện tượng dao động 3.2: Mô hình máy phát điện đồng bộ Mô hình toán học của một máy điện đồng bộ sử dụng phương trình của Park cho các điện động lực học Phương trình 3.1 đến 3.4 được sử dụng ở đây để mô hình điện động lực học của máy phát điện đồng bộ (3.1)