Thiết kế hệ thống điều khiển tối ưu công suất theo nhu cầu của phụ tải ứng dụng cho TBA 220 4kv

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Lời MởĐIỆN Đầu LỰC CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘcủa NG Điện làKHOA nguồn lượng quan trọng hệ thống lượng quốc gia, sử dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực như: sản xuất kinh tế, đời sống sinh hoạt, nghiên cứu khoa học… Hiện nước ta phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa, nên nhu cầu điện đòi hỏi ngày cao số lượng chất lượng Để đáp ứng số lượng ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm khai thác tốt nguồn lượng biến đổi chúng thành điện Mặt khác, để đảm bảo chất lượng có điện cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện đại, có phương thức vận hành tối ưu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kinh tế Xuất phát từ điều đó, bên cạnh kiến thức học giảng đường, nhóm sinh viên chúng em giao đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thớng điều ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP khiển tối ưu công suất theo yêu cầu của tải, áp dụng cho TBA 22/0.4kv Quá trình thực đồ án giúp hiểu Đề biếtTài: tổng quan mạng lưới điện khu vực, nhữnkế g nguyên đểnxây hệ thống Thiết hệ thốtắc ng chủ điềuyếu khiể tối dựng ưu công suấtđiện theonhư nhuxáccầđịnh u củhướng a phụ tảicác thông số đường dây, chọn hệ thống điện áp cho mạng điện chính, Ứng dụng cho TBA 22/0.4kv nguyên tắc tổ chức điều khiển hệ thống , thiết kế và đưa tự động hóa vào hệ thống điện… Giáo viên hướng dẫn: ANH HOA Mặc dù nhómTh.S em đãNGUYỄN cố gắng song hiểu biết chúng em nhiều hạn khỏiĐIỆP sai sót q trình thực đồ án này,em Họ vàchế tênnên sinhkhông viên:thể LÊtránh XUÂN mong Thầy & bạn giúp giúp đỡ em hoàn thiện đồ án NGUYỄN VIỆT ĐỨC Cuối em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến Cô Nguyễn Anh Hoa, NGUYỄN VĂN CƠNG tồn thể thầy khoa Tự Đợng Hóa tận tình hướng dẫn chúng em hoàn Lớp: thành đồ án Đ4_ĐCN Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆPHà VÀ DÂN Nội, ngàyDỤNG 12 tháng 11 năm 20113 Hệ đào tạo: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Khóa: 2009-2014 NHÓM SINH VIÊN : Hà Nội tháng 11 năm 2013 LỜI CẢM ƠN Trong trình bắt tay vào thực đồ án, nhóm chúng em gặp nhiều khó khăn, song nỗ lực tìm tịi, đồn kết, hướng dẫn tận tình Cơ Giáo hướng dẫn: Th.s Nguyễn Anh Hoa, với tham gia góp ý Thầy, Cơ bạn khoa CNTĐ trường Đại Học Điện Lực Hà Nội, nhóm em dần tháo gỡ vấn đề kể Chúng em xin gửi lời cảm ơn trân thành tới cô giáo hướng dẫn Th.S Nguyễn Anh Hoa, Thầy, Cô giáo bạn khoa CNTĐ trường Đại Học Điện Lực Hà Nội, khơng có hướng dẫn, bảo nhiệt tình Thầy, Cơ góp ý bạn chúng em khơng thể hồn thành đồ án tốt nghiệp em xin trân thành cảm ơn! Nhóm SVTH LỜI NHẬN XÉT Của giảng viên hướng dẫn LỜI NHẬN XÉT Của giảng viên phản biện MỤC LỤC Lời Mở Đầu DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ Sơ đồ 10 Sơ đồ 11 Sơ đồ 12 Sơ đồ 13 Sơ đồ 14 Sơ đồ 15 Sơ đồ 16 Sơ đồ 17 Sơ đồ 18 Sơ đồ 19 Sơ đồ 20 Sơ đồ 21 Sơ đồ 22 Sơ đồ 23 Sơ đồ 24 Sơ đồ 25 Sơ đồ 26 Sơ đồ 27 Sơ đồ 28 Sơ đồ 29 Sơ đồ 30 Sơ đồ 31 Sơ đồ 32 Sơ đồ 33 Sơ đồ 34 TÊN SƠ ĐỒ Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp dịch vọng 22 Sơ đồ nguồn cung cấp điện cho công ty điện lực cầu giấy Sơ đồ điện hạ sợi trạm dịch vọng 22 Sơ đồ phân phối cáp lộ Sơ đồ phân phối cáp lộ Sơ đồ phân phối cáp lộ Các chân vi điều khiển Pic 16F877A Các chân ghi FSR Sơ đồ chân ghi Status Sơ đồ chân ghi Intcon Sơ đồ chân ghi Optione-Reg Sơ đồ chân ghi T1CON Sơ đồ khối chuyển đổi ADC Sơ đồ ghi ADCON0 Sơ đồ khối ghi ADCCON1 Sơ đồ chân cảm biến đo nhiệt độ DS18B20 Sơ đồ chân cảm biến dòngACS712 Sơ đồ chân vi mạch MAX232 Sơ đồ chân cổng COM Modul nguồn Modul giao tiếp máy tính Modul đo hiệu điện đo dòng điện Modul phát ngắn mạch pha Modul mô cố Modul điều khiển Aptomat Modul điều khiển toàn mạch Thuật tốn chung có tải cân pha Thuật tốn chung có tải cân pha theo TH1 Sơ đồ mơ vị trí đặt thiết bị hệ thống Sơ đồ phát phân loại dạng cố Thuật toán bù cơng suất Thuật tốn điều khiển nguồn cung cấp cho tải vận hành chế độ bình thường Thuật toán điều khiển nguồn cung cấp chế độ cố Thuật toán điều khiển nguồn cung cấp vận hành chế độ cố TRANG 7 24 32 32 33 36 39 42 43 44 45 46 47 48 50 51 52 52 53 54 55 67 71 73 75 78 81 82 83 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình vẽ Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 4.1 Hình 5.1 Hình 5.2 Tên hình vẽ Trang Cấu trúc bên Pic16F877A Bộ nhớ chương trình Pic16F877A Bộ nhớ Pic16F877A Cấu trúc bên định thời timer0 Cấu trúc bên định thời timer1 Cấu trúc bên định thời timer2 Thanh ghi T2CON Cách lưu kết chuyển đổi AD Tam giác công suất Giao diện trạm chủ kết nối nhận giữ liệu Mơ hình mạch thật hoạt động 28 29 31 35 38 40 41 42 57 86 87 DANH MỤC CÁC BẢNG TÊN BẢNG Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 Bảng 2.5 Bảng 2.6 Tên bảng trang Bảng thơng số dịng điện làm việc chạy qua AT tổng hạ áp trạm theo ngày Bảng thống số dòng điện chạy pha lộ dây dẫn theo ngày Bảng công suất lộ theo ngày Bảng tổn thất điện áp lộ Bảng tổn thất điện áp lộ nhánh H17 Bảng đánh giá hiệu bù nhánh H17 10 12 61 62 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ Tên biểu đồ Biểu đồ 2.1 Biểu đồ phụ tải theo phía AT tổng Biểu đồ 2.2 Biểu đồ phụ tải theo lộ H3-H12(lộ 3) Biểu đồ 2.3 Biểu đồ phụ tải theo H1,H2,H13-H17(lộ 2) Biểu đồ 2.4 Biểu đồ phụ tải theo lộ Biểu đồ 2.5 Biểu đồ độ lệch pha theo thời gian phía hạ áp Biểu đồ 2.6 Biểu đồ độ lệch pha theo thời gian lộ Trang 13 13 14 14 15 15 Biểu đồ 2.7 Biểu đồ 2.8 Biểu đồ độ lệch pha theo thời gian lộ Biểu đồ độ lệch pha theo thời gian lộ 16 16 Chương TỒNG QUAN VỀ TBA 22/0.4KV DỊCH VỌNG 22 1.1 TỔNG QUAN VỀ TBA DỊCH VỌNG 22 Trạm biến áp Dịch Vọng 22 trạm biến áp 22/0,4kV, nằm khuôn viên trường đại học Sư Phạm Hà Nội Trạm Dịch Vọng 22 thuộc quản lý công ty Điện Lực Cầu Giấy, trạm xây dựng đưa vào vận hành từ năm 2006, kiểu trạm hợp với kích thước trạm 2x3x3; xung quanh trạm có phạm vi thống mát có đất dự phịng cho việc đầu tư phát triển lâu dài theo hướng điện đại hóa Trạm cấp điện từ Trạm biến áp 110 E9 Nghĩa Đô, nằm lộ cung cấp đồng thời cho TBA Trường Đại Học Sư Phạm TBA Xí Nghiệp Xe Khách gần chợ Nhà Xanh Phía cao dùng cầu dao phụ tải loại 24 kV-1000A- 20kA/s, cầu chì loại HRC 24 kV- 31,5 A, cáp đồng XLPE/PVC 1x50-24kV MBA có thơng số kỹ thuật sau: - MBA ba pha hai cuộn dây; - Công suất định mức máy biến áp: 630kVA ∆ / Y0 − 11 - Điện áp: 22±2x2,5/0,4kV, đấu Phía từ MBA tới Áp tô mát tổng pha hai cáp loại đồng XLPE/PVC 1x2400,6/1kV với Biến dòng đồng hồ đo đếm bao gồm: - 06 Biến dòng điện 1000/5A- cấp xác 0.5; - Đồng hồ hiển thị : 03 Ampe kế 01 Vôn kế; - 01 Công tơ hữu công 01 công tơ vô cơng cấp xác 0.5, đặt sau phía hạ MBA-phía đầu vào tủ hạ Cơng tơ điện áp 230/400V,đòng điện 5A, tần số 50 HZ Áp tổng A1 600V-1000 A, có nút cắt tức thời, có hai loại bảo vệ : tải có thời gian bảo vệ ngắn mạch cắt tức thời, hình thức thao tác: tay Trạm sử dụng tủ hạ : 600V-1000A, phạm vi cấp điện: - Khu tập thể Đại học Sư phạm - Công ty Điện lực Cầu Giấy - Trường THPT Nguyễn Tất Thành Tủ hạ thế, nối vào hạ 0,4 kV, ngồi Áp tơ mát tổng 1000 A , cịn có: GVHD: TH.S NGUYỄN ANH HOA NHĨM SVTH 10 tđ rmu 02 CD phơ t¶i 24 kV-630A-20kA/s 01 CD phơ t¶i 24 kV-200A-20kA/s 630 KVA 22/ 0,4 KV ∆ − / y o− 11 08 cáp 0.6/1kv-cu/xlpe/pvc-1*240mm2 (02 cáp/1pha) M-120 KWh Tủ hạ thÕ - 600V- 1000 A DĐt 25x4 c¸p cu/xlpe/pvc/dsta/pvc-3*240mm2-24kv m¸y biến áp pha cuộn dây tba đại học sư phạm 03 cáp cu/xlpe/pvc-1*50mm2-24kv cáp cu/xlpe/pvc/dsta/pvc-3*240mm2-24kv tba xí nghiệp xe khách thuộc 483e1.9 đến 03 ống chì HRC -24 kV- 31.5A KVArh 06 biến dòng hạ 600/5a, cấp cx: 0,5 A 01 công tơ hữu công ccx 0.5 A A V 01 công tơ vô công ccx 0.5 A1 01 áptômát tổng A1 600V- 1000A 03 áptômát nhánh A1.1; A1.2; a1.3: 600V- 400A tổng công ty điện lực TP hà nội công ty điện lực cầu giấy P.Giám đốc Nguyễn Sinh Công Phòng Kỹ thuật Ngô Trí Đức Khảo sát & vẽ Trần Việt Phương A1.5 A1.4 A1.3 DĐt 25x4 03 chèng sÐt van h¹ thÕ pbh-0,5kv A1.1 01 áptômát nhánh A1.5: 600V- 80A (tụ bù) A1.2 0,4KV 01 áptômát nhánh a1.4: 600V- 250A trạm biến áp dịch vọng 22 sơ đồ nguyên lý Hà Nội: 2012 Sơ đồ 1: Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp Dịch Vọng 22 - 04 Áp tô mát nhánh : A1.1 loại 600V- 400A; A1.2 loại 600V – 250 A; A1.3 loại 600V- 400 A; A1.4 loại 600V – 250 A để cấp điện cho hộ Các Áp có nút cắt tức thời, có hai loại bảo vệ : tải có thời gian bảo vệ ngắn mạch cắt tức thời, hình thức thao tác : tay GVHD: TH.S NGUYỄN ANH HOA NHÓM SVTH 86 - Ở chế độ mà nhánh phía điện lực Cầu Giấy bị ngưng cấp điện từ lưới hệ thống dự phòng nguồn diezen hệ thống pin mặt trời cấp cho nhánh Điện lực Cầu Giấy - Lúc nhóm tải chọn ưu tiên cấp điện từ nguồn lượng mặt trời.Thay cấp cao điểm cấp liên tục ngày đến có điện lưới trở lại Ngay công suất điện mặt trời khơng đủ để cấp cho nó, lúc hệ thống dự phịng diezen cấp điện cho nhóm tải này- Các tải lại cấp điện hệ thống dự phòng diezen khắc phục cố - Xây dựng thuật toán điều khiển Tín hiệu điện Thơng số đầu vào Điện lưới Dự phịng diezen Khơng xảy cố Yes No Xảy cố GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHĨM SVTH 87 Sơ đồ 33: thuật tốn điều khiển nguồn cấp cho tải chế độ cố Dự phòng nguồn diezen Dự phòng điện mặt trời Bộ kiểm tra cơng suất điện mặt trời Nhóm tải chọn Điện mặ trời cấp điện Yes Nhóm tải chọn cấp từ nguồn dự phòng diezen No GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHÓM SVTH 88 Sơ đồ 34 : Thuật toán điều khiển nguồn cung cấp cho tải vận hành chế độ cố GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHĨM SVTH 89 5.2 MƠ PHỎNG VÀ GIÁM SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Xây dựng mô hình mơ hệ thống SCADA cho trạm biến áp việc làm dễ dàng sinh viên ngành hệ thống điện Ngoài kiến thức hệ thống điện địi hỏi người thiết kế phải có kiến thức tảng kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý, kĩ thuật đo lường… để thiết kế phần cứng, ngơn ngữ lập trình ngôn ngữ C, C++, C#, ASM hay Visual Basic để thiết kế phần mềm, hết người thiết kế phải biết cách thức hoạt động hệ thống SCADA cơng nghiệp nói chung hệ thống điện nói riêng Trong q trình thiết kế mơ hình em cố gắng xây dựng mơ hệ thống SCADA thực tế với việc giám sát điều khiển từ xa trạm biến áp Hệ thống giám sát thơng số công suất phản kháng, công suất tác dụng, hệ số công suất, nhiệt độ máy biến áp, dòng điện lộ phụ tải, điện áp trạng thái máy cắt Ngoài hệ thống cịn điều khiển đóng cắt máy cắt từ xa thơng qua chuột bàn phím lên giao diện trạm chủ Ở trạm chủ có cảnh báo văn hay âm thích hợp cho người vận hành biết cố xảy đâu, cố (ngắn mạch hay tải) Khi vận hành kiểm nghiệm, giai đoạn đầu mơ hình cịn hoạt động có đơi lúc khơng ổn định nhiễu, nhiên em cố gắng khắc phục nhiễu hệ thống tụ điện, cuộn cảm nhờ mơ hình hoạt động ổn định hơn! Các bước vận hành hệ thống gồm bước sau: + Kết nối nguồn bật công tắc nguồn để khởi động mô hình + Kết nối module truyền nhận liệu khơng dây với máy tính + Khởi chạy phần mềm giao diện trạm chủ máy tính +Chọn cổng COM cài đặt cho module truyền nhận liệu không dây máy tính nhấn vào kết nối giao diện để thu thập liệu điều khiển trạm biến áp giả định Sau hoàn thiện mơ hình, thân em trình vận dụng học vào thực tế Đó trải nghiệm để nhận lý thuyết thực tế có khoảng cách không gần Những kiến thức kĩ thuật đo lường, linh kiện điện tử, kĩ thuật điện tử số, kĩ thuật vi xử lý kĩ thuật lập trình ngơn ngữ C, Visual Basic em vận dụng thiết kế mơ hình Một hệ thống hình thành tổng thể nhiều kĩ kiến thức kinh nghiệm người trước, vận dụng yếu tố việc thiết kế mơ hình khơng q khó khăn Tuy mơ hình mơ xây sở đo lường truyền liệu số, tức hồn tồn thiết kế hệ thống SCADA thực, cần sử dụng CPU cao cấp hơn, cảm biến xác thiết bị đo lường cần ghép nối thêm biến dòng, biến điện áp, cách ly quang…để giám GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHÓM SVTH 90 GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHĨM SVTH 91 sát dịng điện lên tới hàng trăm Ampe, điện áp lên tới hàng trăm kV…với tốc độ cao sai số nhỏ GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHĨM SVTH 92 Ngồi sơ đồ giải thuật tổng quát phần mềm giao diện cịn chứa nhiều chương trình ngắt kèm ( thao tác hành động coi ngắt bấm phím điều khiển, cài đặt thơng số, điều khiển lựa chọn menu phần mềm….) Tùy theo hành động mà giao diện đưa đáp ứng thích hợp tác động lên trạm biến áp mơ hình Chi tiết mã nguồn phần mềm đóng gói gói cài đặt kèm dài phức tạp nên khơng trình bày Hình 5.1: giao diện trạm chủ kết nối nhận liệu GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHĨM SVTH 93 hình 5.2: mơ hình mạch thật hoạt động GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHÓM SVTH 94 KẾT LUẬN Trong trình làm đồ án này, với nhiệt tình hướng dẫn Cô giáo Th.S Nguyễn Anh Hoa giúp đỡ Thầy, Cô khoa tất bạn bè nhóm chúng em học hỏi thêm nhiều điều hệ thống điện tự động hóa, đồ án cịn khái quát mạng điện trung áp, cách xây dựng lưới điện thông minh thân thiện với người vận hành, thiết bị thông minh giúp đo đạc giám sát xác thơng số hệ thống điện giúp tiết kiệm thời gian chi phí nhân lực lẫn vật lực, giúp người vận hành xác định rõ đâu cố thoáng qua đâu cố thật để đưa định xác làm giảm số lần cắt điện thời gian cắt điện nên làm lợi rât nhiều mặt kinh tế, đồ án giúp chúng em hiểu biết thêm dòng vi điều khiển Pic 16F877A, song nhóm chúng em chắn khơng thể tránh khỏi sai sót hạn chế : bọn em kết nối mơ hình với máy tính qua cổng RS232 , hướng bọn em tìm cách truyền thơng công cụ mạnh song vô tuyến, wifi kết nối trực tiếp tới điện thoại di động người vận hành, chế độ tự động tượng nhiễu thiết bị điện tử gây nên kết giám sát điều khiển có phần bị sai lệch mong Thầy ,Cơ bạn tham gia góp ý để chúng em hoàn thiện Chúng em xin trân thành cám ơn!! GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHÓM SVTH 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.saokim.org/tai-lieu/det/58268/ta-i-lieu-vi-dieu-khien-pic-16f877a/ Phạm Văn Hịa, Đặng Tiến Trung, Hệ thống thơng tin hệ thống điện, nhà xuất bách khoa Hà Nội Trương Đình Châu., Hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát Bộ môn Điều khiển Tự động, ĐH BK TP HCM 2006 30 trang Hoàng Minh Sơn., Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 2000 http://tailieu.vn/bst/vi-dieu-khien-pic-can-ban-231142.html Phan Đăng Khải Cơ sở lý thuyết tính tốn thiết kế hệ thống cung cấp điện, Nxb Giáo Dục Trần Quang Khánh Giáo trình cung cấp điện theo tiêu chuẩn IEC, Nxb KH&KT Nguyễn Văn Đạm Mạng lưới điện Nxb KH&KT Hà Nội 2001 GVHD : TH.S NGUYỄN ANH HOA NHÓM SVTH ... - 06 Biến dòng điện 1000/5A- cấp xác 0.5; - Đồng hồ hiển thị : 03 Ampe kế 01 Vôn kế; - 01 Công tơ hữu công 01 công tơ vô công cấp xác 0.5, đặt sau phía hạ MBA-phía đầu vào tủ hạ Cơng tơ điện áp... cx: 0,5 A 01 công tơ hữu công ccx 0.5 A A V 01 công tơ vô công ccx 0.5 A1 01 ¸pt«m¸t tỉng A1 600V- 1000A 03 ¸pt«m¸t nh¸nh A1.1; A1.2; a1.3: 600V- 400A tổng công ty điện lực TP hà nội công ty điện... số /điều khiển ghi port song song / ngõ vào tương tự kênh thứ • Chân số (10): xuất nhập số/chân cho? ?n lựa điều khiển port song song • VDD:(11-32),VSS(12-31): là các chân ng̀n của