Thiết kế hệ thống quản lý công suất cho trạm phát điện tàu thủy

Hệ thống quản lý công suất là một phần quan trọng của hệ thống tự động, năng lượng điện trên tàu thủy và đặc biệt đối với các tàu trang bị chân vịt điện. Hệ thống quản lý công suất điều khiển trạm phát điện để tối đa hóa khả năng ngăn ngừa mất điện toàn tàu và giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu.

IV KẾT LUẬN Bằng phương pháp mô phỏng, khảo sát cách chi tiết nguyên lý hoạt động cấu trúc thực điều chế kết hợp OQPSK OFDM Cũng từ thấy giải pháp điều chế kết hợp OQPSK-OFDM phù hợp với yêu cầu, điều kiện kênh thông tin thủy âm Nhưng mức độ cao hơn, để đánh giá hiệu giải pháp điều chế kết hợp nhằm so sánh phương án cấu trúc với cần có chương trình mơ tồn hệ thống (Phát – Thu hay Điều chế - Giải điều chế) Các chương trình coi phần nghiên cứu phát triển, nâng cao, sâu trình bày báo cáo khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J G Proakis, M Salehi, Contemporary Communication System using MATLAB, Brooks/Cole Publisshing Company, Northeastern University, Canada, 2000 [2] J G Proakis, M Salehi, Communication Systems Engineering, Upper Saddle River, Prentice Hall, Inc., USA, 1994 [3] E Bejjani, J C Belfiore, Multicarrier Coherent Communications for The Underwater Acoustic Channel, in Proc of OCEANS, Sept 1996, pp 1125-1130 [4] R Bradbeer, E Law, L F Yeung, Using OFDM in a Modem for Underwater Wireless Communications System, in Proc of IEEE International Conference on Consumer Electronics, June 2003, pp 360-361 Người phản biện: TS Trần Sinh Biên, PGS.TS Hồng Xn Bình THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ CÔNG SUẤT CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY DESIGN OF POWER MANAGEMENT SYSTEM FOR MARINE ELECTRICAL POWER STATION TS HOÀNG ĐỨC TUẤN Khoa Điện - Điện tử, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Hệ thống quản lý công suất phần quan trọng hệ thống tự động, lượng điện tàu thủy đặc biệt tàu trang bị chân vịt điện Hệ thống quản lý công suất điều khiển trạm phát điện để tối đa hóa khả ngăn ngừa điện toàn tàu giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu Ngồi ra, hệ thống quản lý cơng suất làm giảm chi phí bảo trì thơng qua thiết bị bảo vệ để hạn chế lỗi hỏng hóc Abstract The Power management system is a crucial part of the automation, power systems on ships, and in particular for ships with electric propulsion The Power Management System controls the electrical power station in order to maximize the blackout prevention capabilities and minimize the fuel consumption In addition, the power management system reduces the maintenance costs through protection equipment against faults and malfunctions Key words: Power management system, marine electrical power station, blackout prevention Giới thiệu Quản lý công suất, lượng phát triển tất yếu cho việc tự động hóa điều khiển hệ thống điện tàu thủy [4, 6] Trước người vận hành thực việc quản lý công suất, lượng tay khởi động, dừng máy phát điện cách quan sát trạng thái lưới điện tàu thủy với thiết bị đo công suất tác dụng, phản tác dụng, ampe kế, tần số kế, vơn kế….Việc xác định thời điểm hòa máy phát điện vào công tác song song thực tay nhờ hệ thống đèn tắt, đèn quay đồng kế, nguyên nhân làm sập lưới điện điện toàn tàu người vận hành xác định sai thời điểm đóng máy phát lên lưới Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 39 – 08/2014 26 Vào năm cuối kỷ 20, hệ thống truyền động điện chân vịt phát triển mạnh mẽ, đặc biệt tàu khách, tàu du lịch, tàu phá băng, tàu cơng trình…đã đặt u cầu hệ thống quản lý công suất, lượng Tất thiết bị điện tàu nối tới hệ thống phân phối điện năng, thay đổi tải nhiễu loạn lưới điện ảnh hưởng đến phụ tải khác, máy phát điện ảnh hưởng lẫn chúng [1, 2, 3, 5, 6] Trên tàu hệ với hệ thống lượng có cấu trúc phức tạp, thiết bị bảo vệ điều khiển đại, có liên quan mật thiết đến việc thiết kế hệ thống quản lý công suất lượng Việc điều khiển tối ưu hệ thống lượng trở thành cần thiêt cho hoạt động an toàn tàu Hơn việc sử dụng lượng hiệu hơn, dẫn đến tiêu thụ nhiên liệu Chi phí nhiên liệu chi phí vận hành cho tàu yếu tố nhận quan tâm lớn chủ tàu Hệ thống quản lý công suất trở thành phần tử tích hợp hệ thống tự động tồn phần hệ thống điều khiển ổn định động vị trí tàu Đây đòi hỏi hệ thống quản lý công suất Trước đây, hệ thống quản lý cơng suất phân tích tình trạng lưới điện xem xét để giới hạn số lượng phụ tải hệ thống điểu khiển chúng Trong năm gần đây, chức đại đưa thêm vào hệ thống quản lý công suất để điều khiển việc phát tiêu thụ lượng tối ưu Đó lý do, hệ thống quản lý cơng suất gọi hệ thống quản lý lượng Tuy nhiên điều quan trọng phải phân biệt khác chức truyền thống chức đại hệ thống quản lý cơng suất, mà có khả mở hướng phát triển xa ngăn ngừa điện toàn tàu, tăng độ an toàn giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu [3, 4, 6] Chức cấu trúc hệ thống quản lý cơng suất 2.1 Các chức hệ thống quản lý công suất Các chức hệ thống quản lý cơng suất bao gồm [3, 4, 6]: - Điều khiển khởi động, dừng tổ hợp Diesel – Máy phát điện; - Bảo vệ tổ hợp Diesel – Máy phát điện; - Tự động hòa đồng bộ, điều khiển áptơmát cầu dao phân đoạn; - Khởi động, dừng tổ hợp Diesel – Máy phát điện tải nặng non tải; - Phân chia tải máy phát điện công tác song song; - Giám sát ngăn ngừa khả điện tồn tàu; - Kiểm sốt khống chế cơng suất phụ tải có cơng suất lớn; - Cắt ưu tiên phụ tải không quan trọng; - Điều khiển tần số mạng; - Lựa chọn chế độ hoạt động tàu thực khởi động phụ tải theo chương trình; - Chuyển tải máy phát điện đồng trục; - Quản lý trạm phát điện cố… 2.2 Cấu trúc hệ thống quản lý công suất Cấu trúc hệ thống quản lý công suất bao gồm có trung tâm xử lý, modul vào số, tương tự, modul truyền thông, panel vận hành, điều khiển, giám sát lắp đặt bảng điện để theo dõi, giám sát thơng số trạm phát điện nút ấn để điều khiển, cài đặt thông số cho trạm phát điện đưa giám sát, điều khiển tập trung máy tính mức cao Các panel, modul hệ thống kết nối với thông qua cáp truyền thông quản lý nhiều cấp độ khác thu thập xử lý, vận hành, điều khiển giám sát tập trung, điều hành tàu quản lý Cấu trúc hệ thống thể hình Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 39 – 08/2014 27 L1 L2 L3 BT Satus ETHERNET ETHERNET 441 v 233KW G AUTO PMS OPERATOR PANEL 50.0 HZ 50.HZ 0.73 START RUN CLOS E DEC INC 1st STBY MANU AUTO L1 L2 L3 CB open All generators CB Rev.power trip CB Short circuit trip CB status Engine running Engine Start fail Ready To start Swdb/pms select Engine Remote ctrl Consumer block Accept Consumer block Accept Consumer block Accept L2 L3 PMS I/O MODULE Preferential Trip Preferential Trip CB Abnormal trip CB Auto sync.fail CB Close CB open Engine Inc.speed Engine Dec.speed Engine start Engine stop L3 L1 L2 L3 MANU Current L2 generator Current L3 generator L2 Voltage generator Valtage busbar L3 CLOSE 2nd STBY DEC MANU 2nd STBY STOP HORN SYSTEM ON FAULT PMS OPERATOR PANEL 1st STBY INC ACK FAULT L1 Consumer block Request Consumer block Request Consumer block Request Safety system shutdown CB open All generators CB Rev.power trip CB Short circuit trip CB status Engine running Engine Start fail Ready To start Swdb/pms select Engine Remote ctrl Consumer block Accept Consumer block Accept Consumer block Accept Consumer block Request Consumer block Request Consumer block Request Safety system shutdown L2 PMS I/O MODULE L3 Preferential Trip Preferential Circuit Breaker CB Abnormal trip CB Auto sync.fail CB Close CB open Engine Inc.speed Engine Dec.speed Engine start Engine stop Bus tie closed CB status Trip status Close CB Open CB Trip CB open All generators CB Rev.power trip CB Short circuit trip CB status Engine running Engine Start fail Ready To start Swdb/pms select Engine Remote ctrl L1 L2 L3 Consumer block Accept Consumer block Accept Consumer block Accept PMS I/O MODULE Preferential Trip Preferential Trip CB Abnormal trip CB Auto CB sync.fail Close CB open Engine Inc.speed Engine Dec.speed Engine start Engine stop L1 Current L1 generator Current L2 generator Current L3 generator Current L1 generator L2 Voltage generator Valtage busbar Current L2 generator L3 GEN Current L3 generator Voltage generator Valtage busbar GEN Start/stop Start/stop INC./Dec Start/stop INC./Dec Diesel Engine Running Remote 418A 50.0 HZ 0.73 START RUN AUTO AUTO L1 Current L1 generator GEN Diesel Engine 1st STBY G 50.HZ STOP HORN Bus tie closed CB status Trip status Close CB Open CB Circuit Breaker L1 L2 INC 440V L1 Consumer block Request Consumer block Request Consumer block Request Safety system shutdown Bus tie closed CB status Trip status Close CB Open CB CLOSE SYSTEM ON L1 Circuit Breaker START RUN ACK FAULT PMS OPERATOR PANEL 50.0 HZ 0.73 DEC STOP HORN SYSTEM ON L3 G 50.HZ 441 v 233KW 418A 440V 2nd STBY ACK L2 441 v 233KW 418A 440V INC./Dec Diesel Engine Running Remote Running Remote Hình Cấu trúc hệ thống quản lý công suất (PMS) Xây dựng hệ thống quản lý cơng suất 3.1 Xây dựng thuật tốn điều khiển cho hệ thống quản lý công suất Hệ thống quản lý cơng suất điều khiển giám sát tồn hoạt động trạm phát điện tàu thủy, thuật tốn hệ thống bao hàm tồn q trình điều khiển giám sát hệ thống, đưa số lưu đồ thuật tốn điển hình, sau lưu đồ thuật toán khởi động Dieselmáy phát điện tải nặng thuật toán khởi động Diesel-máy phát điện xảy điện toàn tàu, thể hình 2, 3.1.1 Lưu đồ thuật tốn khởi động Diesel-máy phát điện tải nặng Khơng bị cấm khởi động Bắt đầu Nguồn 24V dc Tự động hòa Cấp nguồn + Điều kiện máy phát stand-by bình thường Chọn chế độ tự động? 60s? S S Thiết bị hòa TĐ lỗi? S Đ Đ 3s? Đ S S Tải lớn 90%? Chọn chế độ Tự động? S Ngắt Chọn thời điểm hòa? Đ S Đ + 10s? S Đ Tín hiệu đóng ACB Hòa bị lỗi S Ngắt S ACB đóng? Tìn hiệu khởi động diezen máy phát stand-by ACB đóng lần? Đ Đ Đ Máy Stand-by khác? Đ S Tốc độ điezen thấp? S S Hình thành điện áp? + + S + Điều khiển công suất TĐ? Đ 20s? Đ Phân chia tải điều chỉnh tần số Dừng tự động hòa S Phân chia tải điều chỉnh tần số Nguồn cung cấp máy chạy song song Kết thúc Hình Lưu đồ thuật tốn khởi động Diesel-máy phát điện tải nặng Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 39 – 08/2014 28 3.1.2 Lưu đồ thuật toán khởi động Diesel-máy phát điện xảy điện toàn tàu Bắt đầu Không bị cấm khởi động Nguồn 24VDC Cấp nguồn Điều kiên máy phát stand-by bình thường S Tất ACB mở lưới khơng có điện áp? S Chọn chế độ ĐK Tự động Ngắt S 1sec Đ Đ Đ Đ Tín hiệu khởi động máy phát stand-by Đ ACB cắt ? Ngắt S Ngắt Máy stand-by khác Điều khiển công suất tự động Đ Tốc độ diesel thấp? S + S Đ Điều chỉnh tần số S Điều chỉnh tần số S S Điện áp hình thành? 20sec Đ Đ + Tín hiệu đóng ACB máy phát stand-by Nguồn cung cấp máy phát S Kết thúc ACB đóng 1sec S Đ Đ Hình Lưu đồ thuật toán khởi động Diesel-máy phát điện xảy điện toàn tàu 3.2 Xây dựng chương trình điều khiển cho hệ thống quản lý cơng suất Chương trình điều khiển cho hệ thống quản lý cơng suất lập trình phần mềm STEP 3.3 Xây dựng giao diện giám sát – điều khiển cho hệ thống quản lý công suất Giao diện giám sát – điều khiển thiết kế cho hệ thống quản lý cơng suất bao gồm trang hình chính, trang hình giám sát điều khiển tổ hợp máy phát điện, cài đặt, báo lỗi, lịch sử báo động hệ thống đồ thị thông số làm việc trạm phát điện tần số, điện áp, dòng điện cơng suất máy phát điện, giám sát liên tục theo thời gian Một số giao diện hệ thống quản lý cơng suất thể hình 4, Hình Giao diện giám sát Hình Giao diện MENU Kết luận Hệ thống quản lý cơng suất thực điều khiển, giám sát tự động toàn phần trạm phát điện, đảm bảo cung cấp lượng điện cách liên tục, ngăn ngừa khả xảy điện toàn tàu, giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu, tăng độ an toàn, nâng cao hiệu kinh tế giải phóng người q trình khai thác, vận hành hệ thống lượng điện tàu thủy Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 39 – 08/2014 29 ... Remote Hình Cấu trúc hệ thống quản lý công suất (PMS) Xây dựng hệ thống quản lý cơng suất 3.1 Xây dựng thuật tốn điều khiển cho hệ thống quản lý công suất Hệ thống quản lý cơng suất điều khiển giám... động tàu thực khởi động phụ tải theo chương trình; - Chuyển tải máy phát điện đồng trục; - Quản lý trạm phát điện cố… 2.2 Cấu trúc hệ thống quản lý công suất Cấu trúc hệ thống quản lý công suất. .. 20, hệ thống truyền động điện chân vịt phát triển mạnh mẽ, đặc biệt tàu khách, tàu du lịch, tàu phá băng, tàu cơng trình…đã đặt u cầu hệ thống quản lý công suất, lượng Tất thiết bị điện tàu nối