NHA MAY THUY DIEN TICH NANG

Trong đồ án này sẽ đi vào tìm hiểu nguyên lý làm việc, hoạt động của nhà máy thủy điện tích năng. Sau đó, xây dựng mô hình vào điều khiển hoạt động của nhà máy thủy điện tích năng dựa vào sự thay đổi công suất của hệ thống. Đồ án này có những nội dung chính như sau:Chương 1: Tổng quan về nhà máy thủy điện tích năngChương 2: Nguyên lý làm việc của nhà máy và phân loạiChương 3: Tìm hiểu về ổn định trong hệ thống điện và đưa ra nguyên lý điều khiển hoạt động của nhà máy thủy điện tích năngChương 4: Thiết kế mô hình, giới thiệu các thiết bị và điều khiển mô hình.

Đại học Đơng Á Nhà máy Thủy điện tích MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 LỢI ÍCH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG .5 1.2 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG .6 1.2.1 Tình hình xây dựng nhà máy thủy điện tích giới .6 1.2.2 Tình hình xây dựng nhà máy thủy điện tích Việt Nam .10 1.3 KẾT LUẬN 11 CHƢƠNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 12 2.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 12 2.1.1 Nguyên lý làm việc chung nhà máy thủy điện 12 2.1.2 Nguyên lý làm việc nhà máy thủy điện tích 17 2.1.3 Phân loại nhà máy thủy điện tích 18 2.2 CÁC LOẠI SƠ ĐỒ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 20 2.2.1 Sơ đồ máy 20 2.2.2 Sơ đồ máy 20 2.2.3 Sơ đồ máy thuận nghịch .21 2.3 KẾT LUẬN 22 CHƢƠNG THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 23 3.1 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN VÀ SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN 23 3.1.1 Nguyên lý điều khiển .23 3.1.2 Sơ đồ thuật toán .26 3.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG 28 3.2.1 Turbine máy phát 28 3.2.2 Bơm 30 3.2.3 Arduino .31 Đại học Đơng Á Nhà máy Thủy điện tích 3.3 MƠ HÌNH THỰC TẾ 38 3.3 KẾT LUẬN 44 KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 Đại học Đơng Á Nhà máy Thủy điện tích MỞ ĐẦU Ngày nay, với tình trạng cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch nhƣ than đá dầu mỏ Vai trò nhà máy nhiệt điện giảm dần vai trò hệ thống điện Cũng mà vai trò nhà máy thủy điện ngày đƣợc nâng cao Chung với xu phát triển nguồn lƣợng tái tạo nhƣ gió, mặt trời, thủy triều, nhà máy thủy điện nhỏ đƣợc quan tâm phát triển nhiều Sự phát triển kinh tế kéo theo tình trạng thiết bị điện, phụ tải điện đƣợc sử dụng ngày nhiều ngành công nghiệp sản xuất lẫn nhu cầu đời sống ngƣời Do việc ổn định đƣợc hệ thống điện có biến đổi mạnh phụ tải đƣợc đƣa Thứ nhất, nhờ vào đặc tính tốc độ điều chỉnh cơng suất nhanh chóng ngun tắc hoạt động hai chiều nhà máy thủy điện tích đƣợc ứng dụng nhiều hệ thống điện, để đảm bảo ổn định cho hệ thống Thứ hai, nguồn nhiên liệu dùng cho nhà máy thủy điện tích lại nƣớc, dạng lƣợng tái tạo, vận hành khơng tạo khí độc hại cho mơi trƣờng Thứ ba, khơng trực tiếp sử dụng lƣợng dòng sơng, mà biến đổi qua lại cột nƣớc điện năng, không ảnh hƣởng nhiều yếu tố thời tiết, mùa mƣa, Với ƣu điểm nhà máy thủy điện tích đƣợc nƣớc giới sử dụng nhiều Do đó, đồ án vào tìm hiểu nguyên lý làm việc, hoạt động nhà máy thủy điện tích Sau đó, xây dựng mơ hình vào điều khiển hoạt động nhà máy thủy điện tích dựa vào thay đổi công suất hệ thống Đồ án có nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan nhà máy thủy điện tích Chƣơng 2: Nguyên lý làm việc nhà máy phân loại Chƣơng 3: Tìm hiểu ổn định hệ thống điện đƣa nguyên lý điều khiển hoạt động nhà máy thủy điện tích Chƣơng 4: Thiết kế mơ hình, giới thiệu thiết bị điều khiển mơ hình Đại học Đơng Á Nhà máy Thủy điện tích Trong q trình tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng mơ hình, chúng em nhận đƣợc giúp đỡ hƣớng dẫn tận tình hƣớng dẫn thầy giáo, cô giáo khoa Kỹ thuật Điện - Ơ tơ trƣờng Đại học Đông Á đặc biệt thầy ThS Đỗ Công Ngôn Thầy cho gợi ý nhƣ ý kiến vô quan trọng, giúp vƣợt qua khó khăn q trình tiếp cận, nghiên cứu, xây dựng hoàn thiện đề tài Chúng mong đề tài đƣợc đón nhận có đóng góp ý kiến để phát triển hoàn thiện sản phẩm Một lần nữa, chúng em xin chân thành cám ơn tới ngƣời giúp đỡ chúng em hoàn thiện đề tài Đà Nẵng, ngày tháng 04 năm 2019 NGƢỜI THỰC HIỆN (Ký viết rõ họ tên) NGUYỄN VĂN A Đại học Đông Á Nhà máy Thủy điện tích CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 LỢI ÍCH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG Thủy điện tích có nhiều ƣu điểm vận hành nhà máy điện khác hệ thống điện: - Làm tăng tính hiệu hệ thống, tận dụng đƣợc điện dƣ thừa từ nhà máy nhiệt điện (điện than, điện khí, điện nguyên tử ) thấp điểm, giúp tăng hiệu suất hoạt động ổn định vận hành cho nhà máy - Có thể phản ứng nhanh nhu cầu điện tăng đột ngột, giúp đảm bảo an toàn cung cấp điện, ổn định tần số mạng lƣới điện, đồng thời thân thiện với môi trƣờng không tạo khí thải gây hiệu ứng nhà kính - Khơng cần nhiều diện tích đất làm hồ chứa, cần trữ lƣợng nƣớc vừa đủ cho số chạy thiết kế (thƣờng từ 6-20 giờ) Do chủ động nguồn nƣớc dự trữ nên trình vận hành thủy điện tích khơng phụ thuộc nhiều vào chế độ thủy văn hàng năm, linh hoạt điều chỉnh công suất vận hành theo nhu cầu phụ tải Ngoài ƣu điểm trội nhà máy thủy điện tích nhƣ trình bày phía có nhƣợc điểm nhƣ: - Hiệu suất vận hành chƣa cao (đạt khoảng 70-85%) tổn thất lƣợng khơng tránh khỏi q trình bơm nƣớc từ hồ chứa bên dƣới lên hồ chứa bên - Không thể hoạt động độc lập nhƣ sở sản xuất điện mà phát huy tác dụng nhƣ “bình ắc quy” hệ thống điện công suất tƣơng đối lớn; tức là, thủy điện tích đƣợc xem xét đến xây dựng đƣợc hệ thống nhà máy điện tƣơng đối phong phú, với khu vực thiếu điện trầm trọng hay cách xa trung tâm sản xuất điện khác việc xây dựng thủy điện tích khơng khả thi - Khó khăn lựa chọn vị trí xây dựng thủy điện tích đòi hỏi địa hình đặc biệt, khu vực có chênh lệnh độ cao lớn (lên đến hàng trăm mét) nhƣng phải gần nguồn nƣớc để bố trí hai hồ chứa (lý tƣởng núi có đỉnh rộng bên cạnh sông, suối lớn) Những vị trí nhƣ thƣờng vùng thiên nhiên hoang dã, có phong cảnh đẹp, nhu cầu bảo tồn cao, đồng Đại học Đông Á Nhà máy Thủy điện tích thời lại gần sở sản xuất điện lớn (để cân nhắc đến yếu tố kinh tế xây dựng đƣờng dây truyền tải điện)[2] 1.2 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN TÍCH NĂNG 1.2.1 Tình hình xây dựng nhà máy thủy điện tích giới Nhà máy thủy điện tích giới đƣợc xây Zurich – Thụy sĩ năm 1882 có cơng suất 515kW, có 130 năm lịch sử Nhƣng phải đến năm 60 kỷ XX bắt đầu phát triển nhanh chóng cơng nghệ Hiện có nhiều quốc gia quan tâm, nghiên cứu, xây dựng sử dụng nhà máy thủy điện tích thể đƣợc tính ƣu việt nó[1] Thời kỳ đầu, nhà máy thủy điện tích dùng turbin phát điện máy bơm riêng biệt, qua đƣờng dẫn riêng biệt, nên thƣờng công suất không lớn, hiệu suất vận hành không cao, tốn nhiều chi phí Sau turbine thuận nghịch đời, lý thuyết thủy điện tích trở nên thực tiễn hơn, nhà máy vận hành hiệu hiệu ích kinh tế dự án lớn Thủy điện tích lắp đặt turbine thuận nghịch nhà máy Pedreira Brazil năm 1937, với turbine cơng suất 5,3 MW, cột nƣớc tính tốn 30m, hãng Voith Đức chế tạo Sau đƣợc chứng minh vận hành hiệu quả, xu hƣớng phát triển thủy điện tích đƣợc đẩy mạnh năm sau Mỹ quốc gia đầu phát triển thủy điện tích năng, theo sau Ý, Đức, Pháp, Áo, Thụy Sĩ, Nhật Bản, Trung Quốc… ngày nhiều quốc gia khác áp dụng mô hình Theo thống kê Hội liên hiệp Năng lƣợng dự trữ (Energy Storage Association) Mỹ có 40 nhà máy thủy điện tích năng, với tổng cơng suất 21,5 GW, chiếm 20% công suất nhà máy thủy điện tích khắp giới (104 GW) Tuy nhiên, xét theo tỷ trọng thủy điện tích hệ thống điện quốc gia Mỹ chiếm 2%, với Nhật Bản, tỷ lệ 10% Trong thời gian gần đây, thủy điện tích phát triển đặc biệt mạnh châu Á, với nhà máy công suất lớn lần lƣợt đƣợc xây dựng quốc gia nhƣ Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc, Ấn Độ… Nhật Bản quốc gia có tốc độ phát triển thủy điện tích cao, vƣợt qua Mỹ, trở thành quốc gia có sản lƣợng điện sản xuất từ thủy điện tích lớn giới, với tổng cơng suất 25,5 GW Nhà máy thủy điện tích công suất lớn giới nhà máy Bath County bang Virginia, miền đông nƣớc Mỹ, với tổ máy, tổng công suất phát điện 3.003 MW Nhà máy đƣợc xây dựng từ tháng 3/1977 hoàn thành vào tháng 12/1985, với hồ chứa có Đại học Đơng Á Nhà máy Thủy điện tích chênh lệch cao độ lên tới 380m, phát điện, lƣu lƣợng nƣớc qua turbin đạt 850 m3/s Tuy nhiên, kỷ lục sớm bị vƣợt qua nhà máy thủy điện tích Phong Ninh tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc với 12 tổ máy, tổng công suất 3600MW đƣợc khởi công xây dựng vào năm 2013, dự kiến phát điện tổ máy vào năm 2019 hoàn thành toàn nhà máy vào năm 2021[2] Tại Úc có Nhà máy thủy điện tích đƣợc xây dựng phía bắc bang Queensland, nhà máy đƣợc thiết kế để đạt công suất tối đa 450MW khoảng thời gian từ - Nhà máy thủy điện tích thực phát triển ạt khoảng vài chục năm gần Trong trình phát triển, thủy điện tích ln đƣợc cải tiến mặt kỹ thuật cập nhật nhiều xu hƣớng công nghệ để ngày nâng cao hiệu ích Về mặt kỹ thuật, trung tâm cải tiến nằm thiết kế turbine thuận nghịch, hãng chế tạo turbine lớn giới nhƣ Alstom, Voith, Andritz dành nhiều cơng sức nghiên cứu để ngày hồn thiện thiết bị quan trọng này, giúp vận hành ổn định hai chế độ làm việc, việc chuyển đổi chế độ diễn trơn tru, nhanh chóng Với nghiên cứu, cải tiến khâu thiết kế nhƣ bố trí tỷ số lớn đƣờng kính cửa vào cửa turbine, cánh hƣớng bánh xe cơng tác bố trí thƣa dài hơn, góc mở cánh hƣớng lớn hơn… việc áp dụng công nghệ tiên tiến nhƣ công nghệ mơtơ/máy phát tích hợp hệ thống chuyển đổi tần số tĩnh điều khiển giám sát, thu thập liệu (SFC and SCADA system), cơng nghệ màng lót ổ chặn (thrust bearing membrane pad technology), lõi stator chịu ứng suất trƣớc thƣờng trực (permanently pre-stressed stator core), hệ thống cách điện áp lực chân không (vacuum pressure insulation system)… turbine thuận nghịch hoàn thiện đáng tin cậy nhiều Ngày nay, hãng sản xuất chế tạo thành công turbine tầng đa tầng, hoạt động với cột nƣớc từ 50m đến 1200m, mở nhiều phƣơng án thiết kế xây dựng nhà máy thủy điện tích Với đời turbine thuận nghịch biến tốc (variable speed pump/turbine), nghĩa với cột nƣớc cố định, thay đổi linh hoạt tốc độ hoạt động turbine, thông qua việc sử dụng mô tơ/máy phát không đồng bộ, sử dụng mô tơ/máy phát đồng nhƣng thông qua chuyển đổi tần số Trong chế độ phát điện, turbine làm việc tần số với mạng lƣới nhƣng chế độ bơm, làm việc độc lập, chủ động điều chỉnh tần số, qua điều chỉnh đƣợc tốc độ/cơng suất Đại học Đông Á Nhà máy Thủy điện tích bơm Việc biến tốc turbine đặc biệt hữu ích giúp tăng cơng suất bơm thời điểm thừa lƣợng, hệ thống có tỷ lệ lớn điện từ điện gió, điện mặt trời, thay đổi phụ tải liên tục Việc xây dựng nhà máy thủy điện tích sử dụng turbine biến tốc, chuyển đổi turbine kiểu cũ sang turbine biến tốc, dần trở thành xu hƣớng phát triển mới, tăng tính linh hoạt tốc độ phản ứng mạng lƣới (trong tổng số 270 nhà máy thủy điện tích tồn giới, có 36 tổ máy chuẩn bị lắp đặt turbine biến tốc) Việc bố trí hồ chứa kiểu ngầm, thay hồ chứa kiểu hở truyền thống Hồ chứa kiểu hở nằm bên mặt đất, thƣờng có mặt thống lớn, chiếm nhiều diện tích Hồ chứa kiểu ngầm hồ chứa nằm chủ yếu lòng đất, có diện tích mặt thống nhỏ, thơng thƣờng đƣợc tận dụng từ hầm mỏ khơng khai thác hang động ngầm Về lý thuyết, việc thi công hồ chứa ngầm để phục vụ cho dự án thủy điện tích khơng khả thi điều kiện thi cơng khó khăn, tiềm ẩn nguy hiểm, tốn thời gian chi phí đắt Tuy nhiên, kết hợp với dự án khai thác mỏ lại hợp lý, vừa có hiệu ích kinh tế việc kinh doanh khoáng sản, vừa tận dụng đƣợc hầm mỏ để tạo thành hồ chứa, vừa giải đƣợc hệ lụy môi trƣờng sau thi công Cách bố trí hồ chứa ngầm giúp việc lựa chọn vị trí xây dựng dự án thủy điện tích trở nên đơn giản hơn, nhƣ trình bày trên, khu vực hội tụ đủ điều kiện địa hình phù hợp gần với sở sản xuất, tiêu thụ điện hiếm, dễ vấp phải phản đối hiệp hội bảo vệ môi trƣờng Trên thực tế, xu hƣớng thiết kế xây dựng thủy điện tích năng, đến thời điểm tại, có số dự án theo mơ hình giai đoạn nghiên cứu Dự án điển hình theo kiểu thiết kế dự án Nhà máy thủy điện tích Mỏ đá Elmhust (Elmhust Quarry), nằm thành phố Elmhust, bang Illinois, Mỹ, cách trung tâm thành phố Chicago 30km Ví dụ nhƣ mỏ đá Elmhust đƣợc bắt đầu khai thác đá dolomite từ năm 1890 đến tận năm 1980 Sau trữ lƣợng đá bề mặt cạn kiệt, việc khai thác đƣợc tiếp tục mỏ sâu dƣới lòng đất, mỏ đá bên bỏ không đƣợc tận dụng làm hồ chứa điều tiết lũ cho thành phố Khi nghiên cứu dự án thủy điện tích đây, cơng trình tận dụng mỏ đá Elmhust để làm hồ chứa bên trên, hầm mỏ bên dƣới (sâu 90m so với đáy hồ chứa bên trên) đƣợc dùng làm hồ chứa sau kết thúc khai thác Nhà máy thủy điện đƣợc xây dựng ngầm, với công suất dự kiến từ 50-250MW Đây dự án hƣớng tới xu hƣớng “Khai mỏ xanh” (Green Đại học Đông Á Nhà máy Thủy điện tích mining) với mục tiêu giảm thiểu tác động đến môi trƣờng, dần trở nên phổ biến nƣớc phát triển Nhà máy thủy điện tích nƣớc biển nhà máy điện dùng nƣớc biển để chạy turbine phát điện, tận dụng biển, đại dƣơng làm hồ chứa bên dƣới Đây nói xu hƣớng có tiềm vơ tận, ¾ bề mặt trái đất biển đại dƣơng Tuy nhiên, để thực hóa nhà máy thủy điện tích nƣớc biển có khơng thách thức, đó, đáng kể vật liệu chịu ăn mòn nƣớc biển để chế tạo đƣờng ống áp lực turbine Cho đến nay, có dự án thủy điện tích nƣớc biển vào vận hành nhà máy Okinawa Yanbaru công suất 30MW đông bắc đảo Okinawa, Nhật Bản Hồ chứa phía nhà máy Okinawa Yanbaru đƣợc xây dựng nhân tạo, có hình bát giác với chiều rộng lớn 252m, dung tích 564.000 m3, nằm cao trình 150m so với mực nƣớc biển Toàn thành hồ chứa đƣợc bọc vật liệu chống thấm để ngăn ngừa rò rỉ nƣớc biển làm nhiễm mặn đất đai phá hoại trồng xung quanh Toàn đƣờng ống áp lực nhà máy không đƣợc làm thép mà thay vào vật liệu nhựa plastic gia cƣờng sợi cƣờng lực, để chống ăn mòn nƣớc biển bám dính sinh vật biển nhƣ hà, hàu, ốc…, khi, turbine/máy bơm đƣợc chế tạo loại thép khơng rỉ đặc biệt, chống chọi lâu dài với tác động nƣớc biển Nhà máy Okinawa Yanbaru cung cấp đƣợc 2,1% nhu cầu dùng điện cho đảo, nhƣng cơng trình mang tính đột phá phƣơng thức vận hành, thân thiện với môi trƣờng biển Sự kết hợp thủy điện tích với dự án điện gió, điện mặt trời tạo suất vận hành chung tổ hợp lớn, thủy điện tích tận dụng tối đa nguồn lƣợng có tính thay đổi, khó dự đốn nhƣ điện gió, điện mặt trời, nhà máy điện gió, điện mặt trời lại cung cấp lƣợng cho thủy điện tích tích nƣớc phần lớn thời gian ngày Hiện nay, có dự án chí thể xu hƣớng nêu trên, nhà máy thủy điện tích nƣớc biển kết hợp lƣợng mặt trời Estejo de Tarapacá (nghĩa “Tấm gƣơng Tarapaca) nằm thị trấn Caleta San Marcos phía bắc Chile, vùng sa mạc Acatama Chile Dự án tận dụng hồn tồn địa hình tự nhiên thuận lợi để làm hồ chứa nƣớc biển (một vùng trũng rộng lớn nằm đỉnh vách núi cạnh bờ biển) Hồ bên đƣợc bơm đầy vào ban ngày, nhờ sử dụng phần nguồn lƣợng mặt trời dồi khu vực sa mạc Acatama (một khu vực có lƣợng Đại học Đơng Á 10 Nhà máy Thủy điện tích xạ mặt trời nhiều giới), sau xả nƣớc phát điện vào ban đêm (quy trình ngƣợc hồn tồn với nhà máy thủy điện tích thơng thƣờng) Sự kết hợp nhà máy điện mặt trời 600MW nhà máy thủy điện tích 300MW đảm bảo vận hành chủ động, liên tục, hiệu suất cao, cung cấp đầy đủ điện cần thiết cho khu vực Đây dự án đƣợc đánh giá kiểu mẫu việc sử dụng lƣợng tái tạo để thay đổi môi trƣờng sống, biến nắng cháy khô cằn nƣớc biển mặn chát thành nguồn lƣợng để phát triển sản xuất dân sinh vùng có điều kiện sống khắc nghiệt giới 1.2.2 Tình hình xây dựng nhà máy thủy điện tích Việt Nam Trong trình phát triển mạnh mẽ ngành thủy điện nƣớc ta vài chục năm trở lại đây, thủy điện tích đƣợc đƣa vào nghiên cứu nhƣ phƣơng án phát triển điện Quy hoạch phát triển thủy điện tích tồn quốc đƣợc Bộ cơng nghiệp phê duyệt định số 3837/QĐ-BCN ngày 22/11/2005 Với tƣ vấn chuyên gia Nhật Bản (JICA), tập đồn Điện lực Việt Nam có nghiên cứu dự án thủy điện tích tiềm năng, đƣa vào Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia trình Thủ tƣớng phủ phê duyệt Dự án thủy điện tích Bác Ái, tỉnh Ninh Thuận (công suất 1200MW) cách thị trấn Bác Ái khoảng 20km phía Tây Bắc, cách thành phố Phan Rang –Tháp Chàm phía Tây – Tây Bắc khoảng 65km đƣợc EVN thức phê duyệt báo cáo tiền khả thi (tháng 5/2015), công tác khảo sát, thiết kế (do công ty CP TVXD Điện thực Nhà máy có: - Hồ với diện tích lƣu vực 2,4 km2, dung tích tồn 10,58 triệu m3, dung tích hữu ích 9,0 triệu m3 - Hồ dƣới với diện tích lƣu vực 750 km2, dung tích tồn 219,8 triệu m3, dung tích hữu ích 199,5 triệu m3 - Hầm áp lực dài gần 1900 m, độ sâu từ 60m – 400m - Nhà máy thuỷ điện ngầm đƣợc thiết kế với mặt cắt hình viên đạn, cơng suất lắp máy 4x300=1200MW Ngồi ra, có số dự án nhà máy thủy điện tích khác nhƣ: - Dự án thủy điện tích Đơng Phù n, Cơng ty TNHH Xn Thiện Ninh Bình (thuộc tập đồn Xn Thành) làm chủ đầu tƣ Đại học Đông Á 32 Mô hình nhà máy thủy điện tích Hình 4.7 Arduino Mega 2560 đƣợc sử dụng mơ hình 4.1.4 Cảm biến đo dòng điện ACS712 Cảm biến dòng điện ACS712 IC cảm biến dòng tuyến tính dựa hiệu ứng Hall ACS xuất tín hiệu analog, Vout biến đổi tuyến tính theo thay đổi dòng điện đƣợc lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC), phạm vi cho Tụ (Cf theo sơ đồ) đƣợc dùng với mục đích chống nhiễu có giá trị tùy thuộc vào mục đích sử dụng Có thơng số kỹ thuật nhƣ sau: Đƣờng tín hiệu analog có độ nhiễu thấp Nhiệt độ hoạt động -40 – 85 0C Điện áp cách ly tối đa 2100V (RMS) Thời gian chuyển đổi 5µs Độ nhạy loại module Điện trở 1.2mΩ ACS 712-05B (5Ampe): 180 – 190 mV/A Sử dụng nguồn điện 5V ACS 712-20A (20Ampe): 96 – 104 mV/A Độ nhạy đầu 63 – 190 mV/A ACS 712-30A (30Ampe): 64 – 68 mV/A Hình 4.8 Module ACS712 Cách sử dụng nhƣ sau: Đại học Đơng Á Mơ hình nhà máy thủy điện tích 33 - Đo dòng điện DC: đo DC phải mắc tải nối tiếp Ip+ Ip- chiều, dòng điện từ Ip+ đến Ip- để Vout mức điện 2.5 - 5V tƣơng ứng dòng - 5A, mắc ngƣợc Vout điện 2.5V đến 0V tƣơng ứng với 0A đến -5A Cấp nguồn 5v cho module chƣa có dòng Ip (chƣa có tải mắc nối tiếp với domino), Vout=2.5v Khi dòng Ip( dòng tải) 5A Vout=5v, Vout tuyến tính với dòng Ip , khoản 2.5V đến 5V tƣơng ứng với dòng đến 5A Để kiểm tra dùng đồng hồ VOM thang đo DC đo Vout - Đo dòng điện AC: đo dòng điện AC, dòng điện AC khơng có chiều nên không cần quan tâm chiều Cấp nguồn 5v cho module chƣa có dòng Ip (chƣa có tải mắc nối tiếp với domino), Vout=2.5v có dòng xoay chiều Ip (dòng AC) dòng xoay chiều độ lớn thay đổi liên tục theo hàm sin, nên điện Vout điện xoay chiều hình sin có độ lớn tuyến tính với dòng điện AC , đến 5V(thế xoay chiều xoay chiều) tƣơng ứng với -5A đến 5A (dòng xoay chiều) 4.1.5 Cảm biến siêu âm Để đo khoảng cách sử dụng cảm biến siêu âm Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 đƣợc sử dụng phổ biến để xác định khoảng cách Cảm biến sử dụng sóng siêu âm đo khoảng cách khoảng từ -> 300 cm, với độ xác gần nhƣ phụ thuộc vào cách lập trình Cảm biến HC-SR04 có chân là: Vcc, Trig, Echo, GND Vcc 5V Trig Một chân Digital output Echo Một chân Digital input GND GND Hình 4.9 Module cảm biến siêu âm HC- SRF04 Nguyên lý hoạt động: để đo khoảng cách, ta phát xung ngắn (5 microSeconds) từ chân Trig Sau đó, cảm biến tạo xung HIGH chân Echo nhận lại đƣợc sóng phản xạ pin Chiều rộng xung với thời gian sóng siêu âm đƣợc phát từ cảm biển quay trở lại Đại học Đông Á 34 Mơ hình nhà máy thủy điện tích Tốc độ âm khơng khí 340 m/s (hằng số vật lý), tƣơng đƣơng với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)) Khi tính đƣợc thời gian, ta chia cho 29,412 để nhận đƣợc khoảng cách Cảm biến HY-SRF05 phiên nâng cấp SRF04, cảm biến siêu âm SRF05 dùng để xác định khoảng cách phận vi nhỏ Cảm biến cung cấp phạm vi xác tuyệt vời ổn định trình sử dụng, đồng thời dễ dàng kết nối với MCU (Arduino, DSP, AVR, PIC, ARM…) Điện áp vào: 5V Khoảng cách đo : 2cm – 450cm Dòng tiêu thụ : guide Trong Matlab GUI hỗ trợ đầy đủ chƣơng trình tính tốn với phép tốn,logic, lập trình khơng gian 2D, 3D, đọc liệu từ Excel, xử lý hình ảnh,… Guide đƣợc thực thông qua hàm xây dựng sẵn Callback Để đo điện áp ta sử dụng lệnh readVoltage Ngoài ra, để dòng điện qua cảm biến ACS712 ta sử dụng lệnh readVoltage, sau chuyển đổi từ điện áp dòng điện tùy thuộc vào loại cảm biến voltage=readVoltage(a,'A1'); current=readVoltage(a,'A0'); %Do dien ap tu Arduino %Do dong dien tu Arduino ASC712 Để đo đƣợc khoảng cách cảm biến HY-SRF05 ta sử dụng lệnh readDistance distance = readDistance(sensor); Hình 4.22 Kế nối cảm biến siêu âm HY-SRF05 cho Arduino Matlab Nhƣng để kết nối đƣợc từ cảm biến vào Matlab ta cần phải khai báo biến thƣ viện Arduino thƣ viện Matlab Sau sử dụng cấu trúc câu lệnh nhƣ sau: % Create arduino object with the add-on library a = arduino('COM7', 'Mega2560', 'Libraries', 'JRodrigoTech/HCSR04'); % Create ultrasonic object sensor = addon(a, 'JRodrigoTech/HCSR04','D2','D3'); % Obtain sensed distance dist = readDistance(sensor); Sau đó, thực việc lập trình điều khiển hoạt động turbine, máy bơm đƣợc thực qua chân Digital Arduino kết nối với Relay trung gian để cấp nguồn cho Valve điện từ (Turbine máy phát) máy bơm Thƣc thông qua lệnh writeDigitalPin(a,‟Dx,gia tri) nhƣ sau: writeDigitalPin(a,'D5',1); % Chay may phat writeDigitalPin(a,'D6',0); % Dung may bom Đại học Đơng Á 43 Mơ hình nhà máy thủy điện tích Đồng thời, việc điều khiển hoạt động hệ thống cần đƣợc hiển thị lên giao diện hình Guide, sử dụng lệnh set(handles.tag, „kieubien‟, „giatri‟) để cảnh báo sử dụng lệnh msgbox nhƣ sau: set(handles.chedo,'string','GENE AUTO'); % Hien thi h=msgbox('GENERATO AUTO'); % Cảnh bao Để hiển thị giá trị cảm biến siêu âm ta sử dụng lệnh set nhƣ sau: set(handles.tag,'value',giatri); Để lƣu trữ hiển thị thơng số vận hành hệ thống nhƣ dòng điện, điện áp, sử dụng tạo file excel thƣ mục Matlab máy tính sử dụng lệnh ghi xlswrite, sau hiển thị lệnh set nhƣ sau: % Hien thi dien ap len Bang xlswrite(filename,B,sheet); filename='NM_TDTN.xlsx'; sheet=1; xlswrite(filename,B,sheet,'A2:K500'); set(handles.uitable1,'Data',C); Kết lập trình giao diện Matlab/Guide có kết nhƣ sau: Hình 4.23 Giao diện lập trình Matlab/Guide 4.2.4 Thí nghiệm vận hành Sau kết nối mạch Arduino vào máy tính chƣơng trình chạy khởi động ấn nút Run Khi đó, có 02 lựa chọn tay (Manual) tự động (Auto) Để lựa chọn cần tick vào lựa chọn Trong lựa chọn Manual điều khiển đóng, mở máy phát (Generator) máy bơm (Pumb) Việc điều khiển tay nhƣng cần kiểm tra điều kiện mực nƣớc hồ Nếu thỏa mãn thực hiện; ngƣợc lại đƣa cảnh báo Đại học Đông Á 44 Mơ hình nhà máy thủy điện tích Trong lựa chọn Auto chƣơng trình chạy tự động nhƣng cần kiểm tra điều kiện mực nƣớc hồ Nếu đảm bảo điều kiện chạy theo biến đổi phụ tải Nhƣng khơng đảm bảo cảnh báo Kết thí nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, làm việc chắn theo nguyên lý vận hành nhà máy thủy điện tích ý tƣởng đề tài Hình 4.24 Giao diện Matlab/Guide vận hành 4.3 KẾT LUẬN Trong phần này, đề tài thiết kế mơ hình lập trình giao diện Matlab/ Guide sau tiến hành thí nghiệm vận hành Kết thu đƣợc hệ thống vận hành ổn định theo nguyên lý làm việc nhà máy thủy điện tích Đại học Đơng Á 45 Mơ hình nhà máy thủy điện tích TỔNG KẾT Thơng qua việc tìm hiểu lợi ích nhà máy thủy điện tích làm việc ổn định hệ thống điện Sau tìm hiểu nguyên lý làm việc nhà máy thủy điện tích năng, cấu tạo, chức phận nhà máy Tiếp sau vào hình thành mơ hình thí nghiệm dựa phân tích nguyên lý điều khiển nhà máy thủy điện tích làm việc theo thời gia, thay đổi phụ tải hệ thống điện Thông qua việc sử dụng board mạch Arduino, cảm biến để lấy tín hiệu dòng, áp, công suất hệ thống điện; lấy độ cao cột nƣớc hồ nƣớc Sau tiến hành lập trình giao diện Matlab/Guide Kết vận hành mơ hình cho thấy: - Hệ thống làm việc ổn định; - Mơ hình làm việc theo ngun lý hoạt động nhà máy thủy điện tích ý tƣởng đề tài Tuy nhiên, mơ hình nhiều hạn chế nhƣ: - Mơ hình dạng cổ điển, chƣa có hệ thống turbine máy bơm kết hợp làm một; - Việc đo lƣờng thực giả tƣởng nguồn điện DC qua thiết bị điện tử Do đó, khơng có phận kiểm tra đồng hòa lƣới nhà máy thủy điện tích Đại học Đơng Á 46 Mơ hình nhà máy thủy điện tích TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhà máy thủy điện tích Trang thơng tin điện tử nội Liên hiệp hội khoa học kỹ thuật tỉnh Sơn La 26/02/2015; http://susta.vn/bai-viet-Nh-may-thuy-ien-tich-nng-683.html [2] Thủy điện tích - Tƣơng lai ngành thủy điện Ban dự án quản lý điện Lê Nam Thắng (Phòng Kỹ thuật an tồn) ; 10/07/2016 http://home.asonla.evn.vn/d4/news/Thuy-dien-tich-nang-Tuong-lai-cua-nganhthuy-dien-1-1256.aspx [3] Năng lƣợng tái tạo, Nguyễn Thanh Hào, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2012 [4] Năng lƣợng tái tạo, Nguyễn Thế Bảo, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2012 [5] Cộng đồng Arduino Việt Nam Bài 6: Đọc hiệu điện nguồn điện qua cổng Analog 08-06-2014 http://arduino.vn/bai-viet/152-bai-6-doc-hieu-diencua-mot-nguon-dien-qua-cong-analog [6] Cộng đồng Arduino Việt Nam Hƣớng dẫn sử dụng cảm biến dòng điện ACS712 với Arduino 20-08-2016 http://arduino.vn/bai-viet/1183-huong-dan-sudung-cam-bien-dong-dien-acs712-voi-arduino [7] Cộng đồng Arduino Việt Nam Sử dụng cảm biến khoảng cách HC-SR04 0107-2014 http://arduino.vn/bai-viet/233-su-dung-cam-bien-khoang-cach-hc-sr04 [8] Youtube Lập trình giao diện Matlab Tạ Hải https://www.youtube.com/channel/UCrNPYEgRLIzFzx1IkpKLcpw 04-04-2018 ... thống điện có biến đổi mạnh phụ tải đƣợc đƣa Thứ nhất, nhờ vào đặc tính tốc độ điều chỉnh cơng suất nhanh chóng ngun tắc hoạt động hai chiều nhà máy thủy điện tích đƣợc ứng dụng nhiều hệ thống điện,... nguyên tử ) thấp điểm, giúp tăng hiệu suất hoạt động ổn định vận hành cho nhà máy - Có thể phản ứng nhanh nhu cầu điện tăng đột ngột, giúp đảm bảo an toàn cung cấp điện, ổn định tần số mạng lƣới điện,... năm 1882 có cơng suất 515kW, có 130 năm lịch sử Nhƣng phải đến năm 60 kỷ XX bắt đầu phát triển nhanh chóng cơng nghệ Hiện có nhiều quốc gia quan tâm, nghiên cứu, xây dựng sử dụng nhà máy thủy