Nghiên cứu hệ thống phát điện đồng trục trên tàu thủy sử dụng máy điện dị bộ nguồn kép

Kỹ thuật

LỜI MỞ ĐẦU Máy phát đồng trục nghiên cứu ứng dụng nhiều tàu thuỷ Qua khảo sát cho biết nhiều chủ tàu nhà máy đóng tàu giới hồn tồn bị thuyết phục lợi ích việc sử dụng máy phát đồng trục việc bố trí đơn lẻ máy lai chân vịt Mơ hình trạm phát điện sử dụng máy để truyền động cho máy phát điện kết hợp với số tổ máy phát điện diesel phục vụ cho mục đích sản xuất điện mơ hình đánh giá cao hai tính kỹ thuật kinh tế Với vùng hoạt động rộng lớn biển máy phát đồng trục lắp đặt trạm phát sử dụng có hiệu lớn Trong đợt thực tập tốt nghiệp này,em thầy giáo Nguyễn Trọng Thắng hướng dẫn thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài :”Nghiên cứu hệ thống phát điện đồng trục tàu thủy sử dụng máy điện dị nguồn kép” Đề tài bao gồm nội dung sau: Chƣơng 1: Máy phát đồng trục - Những yêu cầu vận hành khai thác máy phát đồng trục Giải pháp kinh tế, phần trình bày nét máy phát đồng trục Chƣơng 2: Mơ hình hệ thống máy phát đồng trục kinh điển hệ thống máy phát đồng trục đại Chƣơng 3: Nghiên cứu máy phát đồng trục tàu thủy sử dụng loại máy dị nguồn kép với thiết bị đại tham gia trình điều khiển, điều chỉnh tần số điện áp lưới điện Để hoàn thành tốt đồ án, em giúp đỡ nhiều thầy cô môn điện dân dụng-công nghiệp đặc biệt thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Trọng Thắng Sau 12 tuần đồ án hồn thành cịn nhiều thiếu sót,em mong bảo thầy Em xin chân thành cảm ơn! CHƢƠNG MÁY PHÁT ĐỒNG TRỤC TRÊN TÀU THUỶ NHỮNG ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT VÀ GIẢI PHÁP KINH TẾ 1.1 SỬ DỤNG MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ MANG LẠI HIỆU QUẢ KINH TẾ CAO Mức độ điện khí hố tự động hố tàu thuỷ ngày phát triển đôi với gia tăng cơng suất trạm phát điện.Trong q trình khai thác, sử dụng máy phát đồng trục giá thành 1KWh thấp khoảng 50% giá thành so với dùng máy phát có động truyền động riêng, điều thể số lý sau: Thứ nâng cao hiệu suất sử dụng máy so với hiệu suất sử dụng máy phụ thông qua việc giảm mức tiêu hao nhiên liệu Thứ hai máy thường sử dụng loại dầu nặng giá thành rẻ nhiều so với giá thành dầu sử dụng cho máy phụ Thứ ba làm giảm mức tiêu hao nhiên liệu bôi trơn cho máy Thứ tư thời gian hành trình biển máy phụ công tác nên giảm đáng kể thời gian vận hành, khai thác làm giảm giá thành sửa chữa bảo dưỡng Để đánh giá lợi ích ứng dụng máy phát đồng trục trước hết thấy thời gian công tác máy tức thời gian hành trình biển so với thời gian đỗ bến ngắn, tàu chở container có khả quay vịng cao tỉ lệ thời gian hành trình với thời gian đỗ bến ln thấp Khi có tham gia máy làm nhiệm vụ máy phát hành trình dài thời gian khai thác máy phát diesel- generator khác trạm đi, kéo dài tuổi thọ đáng kể máy phụ Hơn giá thành đầu tư ban đầu thấp, tiết kiệm không gian bố trí buồng máy Mặt khác sử dụng máy phát điện đồng trục, môi trường làm việc thuyền viên buồng máy cải thiện nhiều Nguồn gây tiếng ồn có cường độ lớn gia tăng nhiệt độ tàu thuỷ chủ yếu động diesel cao tốc( Thường sử dụng làm động sơ cấp cho máy phát điện), trình tàu chạy biển máy phát đồng trục làm việc nên máy phụ nghỉ giảm nhiễm tiếng ồn 1.2 ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG TRỤC Đối với phụ tải tiêu thụ điện tàu thuỷ không cho phép thay đổi điện áp tần số nguồn cấp phạm vi rộng Nếu xảy dao động hai yếu tố hệ thống hoạt động khơng tin cậy, không ổn định không đảm bảo công suất Điều khơng có lợi cho thiết bị an toàn thuyền viên tàu Điều kiện hoạt động máy phát đồng trục khác nhiều so với điều kiện hoạt động máy phát có truyền động riêng, ví dụ chế độ sau: Chế độ điều động tàu, chế độ tàu hành trình qua kênh, chế độ tàu hành trình biển điều kiện thời tiết sóng to, gió lớn Q trình khai thác máy phát đồng trục đòi hỏi hệ thống công tác ổn định giới hạn thay đổi tốc độ quay chân vịt từ (60 100)% tốc độ định mức Giới hạn có liên quan đến ổn định điện áp tần số lưới điện Với nguyên nhân dẫn đến thay đổi tốc độ quay chân vịt phải đảm bảo điện áp tần số với độ xác cho phép theo yêu cầu Đăng kiểm Do yêu cầu độ tin cậy thiết bị điện tàu thuỷ, đặc biệt thiết bị điều khiển, kiểm tra, thông tin liên lạc, thiết bị dẫn hướng sử dụng vệ tinh nên mục đích ổn định điện áp, tần số công tác song song với tổ hợp máy phát khác tàu thuỷ người ta phải ứng dụng hai chức là: - Có khả giữ ổn định điện áp - Có khả giữ ổn định tần số 1.2.1 Chế độ tĩnh Khi cho máy phát đồng trục nhận tải từ đến giá trị định mức (I đm) cách từ từ cắt tải từ giá trị định mức với cos đm với giả thiết tốc độ quay nđm (nđm: tốc độ định mức máy phát) nằm giới hạn cho phép (sai số tốc độ 5%) sai số điện áp 2,5%Uđm (Uđm: điện áp định mức máy phát) Nếu hệ số cos thay đổi từ 0,6 khoảng 0,9 dao động điện áp nằm 3,5%Uđm Thời gian độ trạng tháng nhận tải tĩnh tqđ = 5s 1.2.2 Chế độ động Khi cho máy phát đồng trục nhận (cắt) tải đột ngột từ đến 50%, 100% ngược lại, hệ số công suất giảm xuống cos < 0,4 độ điều chỉnh 20%Uđm Thời gian độ trạng tháng nhận tải tĩnh tqđ = 5s Bảng 1.1 trình bày tóm tắt quy phạm mà số hãng đăng kiểm quy định có đăng kiểm Việt Nam Sai lệch cho phép khỏi giá trị định mức Thông số Tần số Tải ngắn hạn Giá trị (%) Điện áp Tải lâu dài Giá trị (%) +6 -10 Thời gian (giây) 20 1,5 10 Bảng 1.1 : Giới hạn độ sai lệch điện áp, tần số thời gian tồn sai lệch lưới điện tàu thuỷ theo đăng kiểm CHƢƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐỒNG TRỤC KINH ĐIỂN VÀ HIỆN ĐẠI 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong lịch sử phát triển trạm phát điện tàu thuỷ, nguồn lượng sử dụng cho động sơ cấp (động trực tiếp lai máy phát điện) đa dạng: từ động nước, loại tuốc bin (hơi, khí) động đốt đại dùng lượng nguyên tử Những năm gần động đốt mà đặc biệt động diesel dùng rộng rãi Diesel dùng để làm thiết bị tạo lực đẩy tầu thủy có nhiều tính kỹ thuật thích hợp với đối tượng phục vụ hiệu suất có ích cao, kích thước gọn nhẹ, tính động cao, khơng tốn nhiều lượng khởi động dừng, nguy hiểm, dễ vận hành, đặc biệt khả dễ tự động hoá, tự động kiểm tra, điều khiển từ xa Để tận dụng lượng dư thừa diesel lai chân vịt (Main engine: ME - máy chính) chế độ hành trình tàu thuỷ, tiết kiệm giá thành hạn chế tối đa không gian buồng máy người ta ứng dụng máy phát thông qua tổ hợp hộp số, bánh Trong phần trình bày số cấu trúc máy phát đồng trục (shaft generator (SG)) ứng dụng thực tế 2.1.1 Các trạm phát với hệ máy phát đồng trục hệ Hình 2.1 có máy phát điện chiều cung cấp lượng để cấp cho động (M) để lai máy phát đồng (G3 ) qua ACB cấp điện lên lưới Đối với tàu thuỷ có sử dụng hệ thống có nhược điểm Hình 2.1 : Máy phát đồng trục hệ máy điện G-DC/MC- DC/G3 lúc sử dụng nhiều máy điện, giá thành cao Hình 2.2 Sử dụng máy phát đồng trục loại đồng ba pha Máy phát cung cấp lượng cho chỉnh lưu ba pha diod công suất để tạo nên dòng điện chiều Dòng điện chiều nghịch lưu công suất biến đổi thành dòng điện xoay chiều với điện áp tần số điều chỉnh được, tồn phần lượng xoay chiều cấp lên lưới điện thông qua ACB Để điều khiển nghịch lưu người ta sử dụng điều khiển Rf tính tốn trọng cho vấn đề tần số Hệ thống cho Hình 2.2 : Máy phát đồng trục máy phép làm việc dải tốc độ rộng phát đồng Vì thập niên tám mươi kỷ 20 máy phát với mơ hình sử dụng rộng rãi thân so với khác thời có nhiều mặt ưu điểm 2.1.2 Các hệ thống máy phát đồng trục hệ thứ hai 2.1.2.1 Ổn định tần số cho máy phát thông qua ổn định tốc độ động chiều Đây ổn định tần số động cơ- máy phát hình 2.3 Năng lượng cung cấp cho biến đổi lượng dòng chiều tạo phương pháp sau: - Máy phát đồng trục máy phát chiều - Máy phát đồng trục máy phát xoay chiều có tần số số pha khác với tần số số pha cơng nghiệp thơng qua chỉnh lưu dịng dòng chiều - Máy phát đồng trục xoay chiều pha có tần số cơng nghiệp thơng qua chỉnh lưu dịng chiều Hình 2.3: Máy phát đồng trục với ổn định tần số máy điện a/ Máy phát đồng trục máy chiều b/ Máy phát đồng trục đồng Động diezen; Hộp số; Máy phát chiều; Máy phát đồng bộ; Cuộn lọc; Động điện chiều; Chỉnh lưu diot; Máy phát đồng cấp điện cho mạng; Điều chỉnh điện áp; 10 Điều chỉnh tần số Hình 2.3a : Máy phát đồng trục (3) máy phát chiều lai máy chính(1) thơng qua hộp số (2) Năng lượng dòng chiều máy phát đồng trục(3) cung cấp cho động chiều (6) để truyền động cho máy phát xoay chiều có tần số, điện áp tần số điện áp mạng điện tầu Việc điều chỉnh điện áp tần số máy phát (8) thông qua điều chỉnh điện áp tần số (9) Việc điều chỉnh dịng kích từ máy phát điện chiều (3) động chiều (6) lấy từ điều chỉnh tần số (10) Bộ điều chỉnh (10) điều chỉnh cách tự động có thay đổi điện áp tần số máy phát (8) Hình 2.3 b : Máy phát đồng trục (4) máy phát đồng ba pha lai máy chính(1) thông qua hộp số (2) Máy phát cung cấp lượng cho chỉnh lưu ba pha diode công suất để tạo nên dòng điện chiều san phẳng cuộn lọc (5) cấp điện cho động điện chiều (6) để truyền động cho máy phát đồng (8) thông qua khớp nối Việc điều chỉnh điện áp tần số máy phát (8) thông qua điều chỉnh điện áp tần số (9) Việc điều chỉnh dịng kích từ máy phát điện chiều (3) động chiều (6) lấy từ điều chỉnh tần số (10) Bộ điều chỉnh (10) điều chỉnh cách tự động có thay đổi điện áp tần số máy phát (8) Hệ thống máy phát đồng trục giới thiệu hình 2.3 có khả cơng tác độc lập, đồng thời có khả cơng tác song song có ưu điểm sau: - Ổn định điện áp tần số dễ dàng - Không gây nhiễu cho hệ thống lượng điện áp thực tế hình sin Cịn nhược điểm là: - Cơng suất máy phát điện chiều bị hạn chế cổ góp nên khơng nâng cao cơng suất máy phát đồng trục - Hệ thống có hiệu suất thấp đạt 85% sử dụng nhiều máy Trên hình 2.3 hệ thống hình 2.3b có lợi so với hệ thống hình 2.3a loại trừ máy điện chiều Giúp cho hệ thống máy phát đồng trục đơn giản hơn, vận hành dễ dàng, u cầu buồng máy có diện tích nhỏ, chi phí vận hành sửa chữa ít, tiết kiệm kinh tế 2.1.2.2 Ổn định tần số cho máy phát thông qua ổn định tốc độ động xoay chiều Trên hình 2.4 máy phát đồng trục với ổn định tần số máy điện xoay chiều M ~ G ~ G ~ Rn ~ ~ Rf u,f J f0 Hình 2.4: Máy phát đồng trục với ổn định tần số máy điện xoay chiều Máy phát đồng trục; Động dị dây quấn; Máy phát đồng cấp điện cho mạng; Bộ điều chỉnh điện áp; Bộ điều chỉnh tần số; Bộ biến đổi tần số tĩnh Trên hình 2.4 máy phát đồng trục (1) truyền động thơng qua máy lai chân vịt hộp số Máy phát đồng trục máy phát điện đồng ba pha cung cấp điện áp trực tiếp cho động dị ba pha dây quấn (2) Động (2) lại truyền động cho máy phát điện đồng ba pha (3) Để điều chỉnh điện áp máy phát số (3) người ta sử dụng điều chỉnh điện áp (4) trước cấp điện lên lưới điện Khi tần số máy phát số chưa đạt đến tần số định mức điều chỉnh tần số (5) tác động đến biến đổi tần số tĩnh (6) hệ thống kích từ máy phát số(1) Giúp cho động (2) làm việc với tốc độ ổn định điện áp tần số máy phát (1) ổn định Hệ thống không sử dụng máy điện chiều làm cho hệ thống đơn giản đi, hiệu suất độ tin cậy nâng cao so với hệ trước giảm giá thành hệ thống lựơng máy phát đồng trục 2.1.2.3 Máy phát đồng trục với ổn định tần số tĩnh a Máy phát đồng trục với ổn định tần số tĩnh Trên hình 2.5 sơ đồ khối hệ thống điều chỉnh điện áp tần số máy phát điện đồng trục Bộ ổn định tần số tĩnh phương pháp ổn định tần số cho máy phát đồng trục ứng dụng gần nhờ phát triển kỹ thuật bán dẫn điện áp cao trung bình Bộ biến đổi bao gồm linh kiện tĩnh thiristor hệ thống điều khiển Trên hình 2.5 máy phát đồng trục (3) trang bị điều chỉnh điện áp (4) có khả giữ ổn định điện áp với tần số từ 42Hz, tần số nhỏ 42Hz hệ thống điều chỉnh điện áp nhỏ tuyến tính với tần số Với tần số lớn 42Hz, nghịch lưu (7) công tác với góc mở cố định đặt trước từ khối( 28) đặt điều chỉnh.Sự điều chỉnh tần số thực thay đổi dòng nghịch lưu (7) thơng qua việc điều chỉnh góc mở Bộ điều chỉnh tần số tần số điện áp rơle từ biến đổi nghịch lưu (7) nhờ khối biến đổi (23) so sánh với tần số chuẩn cho trước từ khối 34 đưa tín hiệu đến điều chỉnh tần số (32) để điều chỉnh dòng cầu chỉnh lưu thyristor (5) 10 phân chia tải Điểm khác biệt so với máy phát có diesel độc lập lai máy phát diesel độc lập để phân chia tải người ta thường nâng hạ đặc tính ngồi tổ hợp điều tốc - diesel Trong đặc tính có độ nghiêng định Máy phát đồng trục sử dụng máy điện dị nguồn kép có khả hoạt động với hệ số trượt phạm vi rộng, cho phép tận dụng tốt nguồn lượng lai máy Mặt khác nhờ khả cấp lượng từ phía rơto MPĐTSDMDBNK hoạt động hoàn toàn độc lập với tốc độ quay động lai máy Nó hoạt động dải rộng làm việc hai chế độ đồng bộ(Chế độ đồng quy định tốc độ định mức máy phát đồng trục để máy phát điện áp tần số định mức) Ở hai chế độ máy cung cấp lượng lên lưới phía stato Ở phía rơto, máy lấy lượng từ lưới chế độ đồng hoàn trả lượng trở lại lưới chế độ đồng Việc phân chia tải cho máy phát theo tỉ lệ cơng suất thường gặp khó khăn, động sơ cấp có độ nghiêng đặc tính khác nhau, đặc tính ban đầu giống bị thời gian khai thác làm thay đổi (với động diesel điều rõ) Với trạm phát thiết kế cho máy phát đồng trục làm việc song song có cấu trúc phức tạp hơn, vận hành khai thác khó khăn hơn, địi hỏi người phục vụ phải có trình độ hiểu biết sâu hệ thống nhìn từ quan điểm khai thác hệ thống phức tạp hơn, nhiều phần tử độ tin cậy thấp Trong trạm phát điện làm việc song song xảy ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch tăng lớn hơn, thiết bị bảo vệ phải lựa chọn phức tạp hơn, tin cậy Làm việc song song với máy phát đồng trục địi hỏi khả xác, tin cậy hệ thống cao muốn xác, tin cậy cao chúng phải thoả mãn số yêu cầu định Về lưới điện nói chung, cơng tác song 63 song phải đáp ứng đầy đủ tiêu chất lượng, đặc biết đại lượng thông số quan trọng Trong thực tế tàu hành trình biển điều kiện thời tiết thuận lợi người ta đưa máy phát điện đồng trục vào hoạt động song song với máy phát diesel để phát điện lưới điện Khi máy công tác song song thời gian ngắn bắt buộc máy phát diesel phải ngắt khỏi lưới điện Nếu không sau 30 giây áptomat tự động ngắt để ngắt máy phát khỏi lưới điện Các máy phát đồng trục muốn làm việc song song với phải thoả mãn điều kiện (ĐK) sau : ĐK1: Tần số máy phát cần hoà phải tần số lưới ĐK2: Góc pha ban đầu điện áp máy phát cần hồ trùng với góc pha ban đầu điện áp tên lưới điện ĐK3: Điện áp máy phát cần hoà phải điện áp lưới ĐK4: Thứ tự pha máy phát cần hoà phải trùng với thức tự pha lưới Trên sở điều chỉnh dịng phía máy phát để thực việc hoà đồng máy phát vào lưới, ta cần tính chọn giá trị đặt cho thành phần dòng điện rotor, xác định góc chuyển đổi phù hợp để thực điều kiện hồ đồng Vì phần phân tích xác định giá trị đặt dịng điện rotor góc chuyển đổi cho điều chỉnh dịng phía rotor để thực hồ đồng 3.5.2 Phân tích điều kiện hịa đồng 3.5.2.1 Tần số máy phát cần hoà phải tần số lưới Với góc chuyển đổi: Trong đó: l r (3.87) l - góc quay véc tơ khơng gian điện áp lưới - góc quay rotor (góc điện) Ta có điện áp thành phần hệ toạ độ cố định gắn với rotor (quay với rotor với góc quay ) sau: 64 ur u rd cos ur u rd sin r u rq sin u rq cos r (3.88) r Các thành phần điện áp ba pha rotor hệ toạ độ cố định với rotor là: u ru u rv u rw ur ur ur 2 u ru u rv (3.89) Thay (3.88) vào (3.89) ta có: u ru u rv u rv u rd cos r u rq sin ( 3u rd u rq ) sin (u rq 3u rd ) sin r ( 3u rq u rd ) cos ( 3u rq u rd ) cos r r (3.90) r r Từ (3.89), ta thấy rõ rằng, tần số góc điện áp mạch rotor là: r d r dt d l dt d dt (3.91) l l d l - tần số góc điện áp lưới dt l Trong đó: d l - tần số góc điện rotor dt Do đó, từ trường quay dòng điện rotor sinh quay với tốc độ so với rotor, mà rotor lại quay với tốc độ quay rotor quay với tốc độ r l r so với stator, từ trường so với stator, cảm ứng quấn stator sức điện động (điện áp) có tần số góc l , tức có tần số với điện áp lưới Tóm lại, với góc chuyển đổi r đưa vào biến tần, ta đảm bảo điều kiện, điện áp phát máy phát điện áp lưới có tần số 3.5.2.2 Góc pha ban đầu điện áp máy phát cần hoà trùng với góc pha ban đầu điện áp tên lưới điện 65 Khi đảm bảo điều kiện tần số, điều kiện trùng pha thực thông thực thông qua điều khiển thành phần dịng rotor ird , irq có giá trị số dấu cách thích hợp Theo quan hệ điện từ máy điện, từ thông s i r Lm so dòng điện mạch rotor i r sinh trùng pha với dòng điện rotor (nếu bỏ qua tổn hao từ trễ), từ thông cảm ứng sức điện động e s d s dt dây quấn stator, chậm pha so với từ thơng góc 900, để trùng pha với điện áp lưới, es phải ngược pha với ul i r chậm sau ul góc 900 Vì thiết kế khâu điều chỉnh hồ đồng bộ, ta thực sở tựa theo vector điện áp lưới, nên ta dễ dàng nhận thấy, để điện áp máy phát lưới trùng pha phải thực điều khiển cho ird 0, irq 3.5.2.3 Điện áp máy phát cần hoà phải điện áp lưới Để đảm bảo điều kiện trị số điện áp, ta tìm mối liên hệ trị số dòng điện irq trị số biên độ điện áp phát đầu cực máy phát usm Từ phương trình d us s j dt s (3.92) s s (3.93) i r Lm Ta suy ra: u s j (3.94) i Lm s r Viết dạng thành phần, ta có: u sd u sq i Lm s rq i Lm s rd (3.95 a,b) Từ (3.95 a,b), ta suy u sm u sd i Lm , irq s rq u sm s Lm Để điện áp máy phát điện áp lưới có trị số, tức usm ulm , irq ulm s Lm ulm pif f Lm (3.96) 66 Trong đó: fs: tần số lưới điện u sm , ulm : tương ứng biên độ điện áp máy phát lưới 3.5.2.4 Thứ tự pha máy phát cần hoà phải trùng với thức tự pha lưới Thứ tự pha máy phát phải giống thứ tự pha lưới Nếu ta gọi thứ tự pha máy phát UF , RF , WF thứ tự pha lưới UL, RL, WL , pha UF trùng với UL, pha RF trùng với RL, pha WF trùng với pha WL Điều kiện thực trình lắp đặt máy phát lần đầu phải ý kiểm tra sửa chữa tháo máy phát 3.5.3 Công tác song song máy phát đồng trục sử dụng máy dị nguồn kép vào lưới điện Đưa máy phát đồng trục vào lưới điện trình đưa máy phát từ trạng thái khơng cơng tác đến trạng thái cung cấp lượng cho có hay nhiều máy phát lai động diesel khác công tác (công tác song song) Q trình hịa đồng coi thành cơng khơng gây xung dịng lớn thời gian tồn q trình phải ngắn Điều cần thiết, cơng tác ổn định hệ thống, lúc máy phát khác làm việc bị cố Để nghiên cứu cụ thể chế độ hòa máy phát điện đồng trục với máy phát diesel trình làm việc song song trạm phát điện tàu thủy ta cần ý đến số đặc điểm sau: 3.5.3.1 Máy phát điện đồng trục làm việc với lưới mềm Với tàu thuỷ, lưới điện "lưới mềm" nên hai đại lượng điện áp tần số đặc biệt quan tâm Giả sử máy phát diesel hoạt động G1, máy phát đồng trục chuẩn bị đưa lên lưới G2 Vì phụ tải tàu thuỷ có đặc trưng thay đổi lớn, công suất dao động phạm vi rộng nên vận hành máy phát song song cần đạt khả ổn định cao, máy phát ln có khả nhận tải đặc biệt trình độ để tránh 67 máy nhận tải nhanh chí q tải, cịn máy khơng nhận tải thời điểm cần thiết máy trở nên non tải, phải chờ thời gian từ từ nhận tải, nhận tải gây nên trình dao động nội hệ thống, trình độ kéo dài làm chất lượng lưới điện trở nên xấu Một yêu cầu cần phải nhắc đến khả cung cấp liên tục nguồn điện cho lưới quan trọng cần thiết Trong khai thác vận hành lưới điện cần đảm bảo chất lượng cao hai đại lượng điện áp tần số tiêu chí phấn đấu phải giữ ổn định Các máy phát điện diesel máy phát điện đồng trục làm việc điều kiện lưới điện "mềm" thay đổi thay đổi tốc độ (công suất cơ) dịng điện vào rơto phía sau biến tần để điều chỉnh công suất tác dụng công phản kháng máy phát đồng trục việc thay đổi tốc độ kích từ máy phát diesel, ảnh hưởng qua lại lẫn ảnh hưởng đến chất lượng lưới điện vấn đề cần nghiên cứu Trên hình 3.38 trạm phát có hai máy phát G1, G2 làm việc song song với nhau, hai máy có S1= S2 (KVA) Tại thời điểm ban đầu coi hai máy nhận tải nhau, lúc P1 = P2 Q1 = Q2 Hình 3.18 a trình bày đồ thị véc tơ biểu diễn đặc tính hai máy phát thời điểm đó, điểm làm việc hai máy Mục đích đặt chuyển toàn tải tác dụng từ máy G1 sang máy G2 phải đảm bảo điện áp tần số lưới điện khơng thay đổi 68 Hình 3.18 : Đặc tính máy phát làm việc với lưới mềm a Đồ thị đặc tính hai máy phát nhận tải b Đồ thị đặc tính chuyển tồn cơng suất từ máy sang G1 máy G2 c Đồ thị đặc tính giữ nguyên tốc độ thay đổi dịng kích từ Việc điều chỉnh tần số lệch khỏi tần số chuẩn thực tự động điều khiển, khối lấy tín hiệu dịng áp lưới điện với tín hiệu dòng áp máy phát điện đồng trục so sánh với để điều khiển hoạt động biến tần việc điều khiển cơng suất tác dụng công suất phản kháng máy phát đồng trục Hình 3.18b trình bày đồ thị véc tơ trình này, điểm làm việc máy G1 thời điểm 2, lúc cơng suất tác dụng mà máy nhận cung cấp cho tải P1 giảm lượng P, máy G2 làm việc điểm có cơng suất tác dụng P2 so với điểm làm việc máy G2 giảm (P2 thời điểm lớn P1 lương P) Với máy G1 giảm lượng nhiên liệu đưa vào động sơ cấp, với G2 việc điều khiển phức tạp(Việc điều khiển thơng qua điều chỉnh điều khiển biến tần cấp dịng Ird vào rôto máy phát đồng trục) Nếu tiếp tục đến lúc máy hai nhận tải hoàn toàn máy 69 chạy khơng tải, thời điểm cắt máy khỏi lưới lại máy hai với độ an tồn cao Trên hình 3.18c trình bày đồ thị véc tơ trường hợp giữ nguyên tốc độ (công suất) động lai mà thay đổi dịng kích từ máy phát G1 dịng phía sau biến tần cấp cho rơto máy phát G2(Việc điều khiển thông qua điều chỉnh điều khiển biến tần cấp dịng Irq vào rơto máy phát đồng trục) Trên hình vẽ biểu diễn việc tăng dịng phía sau biến tần cấp cho rơto máy phát G2 giảm dịng kích từ cho máy G1, thời điểm xét, máy G1 làm việc điểm với sức điện động E1 giảm nhiều lần cịn máy G2 làm việc điểm nhận cơng suất kháng Q2 lớn 3.5.3.2 Máy phát điện đồng trục làm việc với lưới cứng Nếu máy phát đồng trục làm việc với mạng "lưới cứng" vấn đề điện áp tần số phải phụ thuộc vào điện áp tần số lưới chủ Như vậy, việc đưa máy phát đồng trục vào làm việc song song với "lưới cứng" theo lý thuyết hoàn toàn (Tất nhiên phải thoả mãn bốn điều kiện nêu trên) trường hợp này, việc điều chỉnh dịng điện vào rơto phía sau biến tần vịng quay máy khơng làm thay đổi điện áp tần số lưới điện mà làm thay đổi khả nhận tải tác dụng tải kháng cho máy mà 70 p2 P p1 e2 e1 q2 i , X db q2 e2 i , X db q1 q1 e1 i , X db u u i1 i1 i2 a b Hình 3.19 : Đặc tính máy phát làm việc với lưới cứng a Đồ thị đặc tính thay đổi dịng kích từ b Đồ thị đặc tính thay đổi cơng suất động sơ cấp Hình 3.19 trình bày đồ thị véc tơ máy phát đồng trục làm việc với "lưới cứng" với việc thay đổi dòng điện vào rơto phía sau biến tần.Trong hình 3.19a đơn điều chỉnh dịng điện vào rơto phía sau biến tần máy phát đồng trục, cịn cơng suất máy giữ ngun, lúc sức điện động phần ứng thay đổi "lưới cứng" nên điện áp lưới U = const, hệ số cos thay đổi thực tế góc lệch pha ban đầu thay đổi từ sang Công suất phản kháng thay đổi từ Q1 sang Q2 cịn cơng suất tác dụng P = const Trong hình 3.19b biểu diễn thay đổi chế độ công tác máy phát hoạt động chế độ đồng sang chế độ đồng Khi tăng tốc độ máy phát, công suất tác dụng thay đổi từ P1 sang P2, khơng thay đổi dịng điện vào rơto phía sau biến tần cho máy phát đồng trục mút véc tơ sức điện động vẽ theo cung tròn bán kính E1, góc lệch pha giảm dần, véc tơ I dần trùng với véc tơ U tiếp tục tăng góc lệch pha đổi dấu âm máy phát phát công suất mang tính chất dung khơng cần thiết Như để máy phát đồng trục làm việc chế độ 71 bình thường, người ta phải tăng dịng điện vào rơto phía sau biến tần máy phát đồng trục sức điện động tăng lên Hình 3.19 vẽ trường hợp giữ cho góc lệch pha = const dịng điện I2 trùng pha với I1 3.5.4 Quy trình đưa máy phát đồng trục sử dụng máy dị nguồn kép vào lưới điện Hình 3.20 Giới thiệu sơ đồ máy phát đồng trục đại sử dụng máy dị nguồn kép Hình 3.20 : Sơ đồ máy phát đồng trục đại sử dụng máy dị nguồn kép Trong trình tàu hành trình biển điều kiện thời tiết thuận lợi người ta đưa máy phát đồng trục vào hoạt động Khi tốc độ máy đồng trục chưa đạt đến tốc độ định mức (Chế độ đồng bộ) Bộ chỉnh lưu phía lưới lấy lượng từ phía lưới điện 72 chỉnh lưu thành dòng điện chiều qua lọc nghịch lưu thành dòng điện xoay chiều ba pha vào phía rơto để tạo từ trường quay trịn Từ trường cảm ứng sang phía stato tạo điện áp với tần số fs = fw + fd [(2.1) ] Trước điều khiển lấy tín hiệu dịng áp từ lưới điện đưa vào để điều khiển hoạt động biến tần Khi tần số máy phát thấp tần số chuẩn (50 Hz), điều khiển biến tần sau lấy tín hiệu dịng áp máy phát so sánh với tín hiệu dịng áp lưới điện với tín hiệu đo tốc độ máy phát đưa để phát lệnh điều khiển biến tần cho máy phát tần số đạt định mức Qua cấu đo tần số điện áp máy phát đồng trục tần số điện áp lưới điện Bộ điều khiển biến tần đưa tín hiệu để điều khiển áptơmat để đóng ACB3 đưa điện áp lên lưới điện để máy phát đồng trục công tác song song với lưới điện Khi tốc độ máy đồng trục lớn tốc độ định mức(Chế độ đồng bộ) Máy phát đồng trục vừa phát lượng lên lưới điện từ phía stato đồng thời hồn trả lượng từ phía rơto Bộ nghịch lưu phía máy phát đồng trục lúc chỉnh lưu lấy lượng từ máy phát trả lại lưới điện qua chỉnh lưu phía lưới lúc lại nghịch lưu Qua cấu đo tốc độ, tín hiệu đo tốc độ máy phát đồng trục đưa điều khiển biến tần với tín hiêu dịng tín hiêụ áp để phát lệnh điều khiển biến tần cho máy phát tần số fs = fw - fd [(2.1) ] Khi máy phát đồng trục đưa vào lưới điện công tác song song với máy phát diesel độc lập Việc phân chia tải phía máy phát đồng trục thực cách tự động thông qua việc thay đổi điểm đặt giá trị cơng suất P, Q Cịn máy phát diesel độc lập việc thay đổi tải thực thông qua thay đổi giá trị đặt tốc độ quay diesel Khi tồn tải từ phía máy phát diesel chuyển sang máy phát đồng trục tiến hành ngắt áptômat máy phát diesel độc lập khỏi lưới điện, tồn thời gian hịa đồng không 30 giây 73 KẾT LUẬN Đồ án thực thành cơng, mang tính chất nghiên cứu ứng dụng khoa học, giải tốn mang tính chất thực tiễn mà cịn tài liệu liên quan Qua q trình nghiên cứu cho thấy hệ thống máy phát đồng trục sử dụng máy điện dị nguồn kép hoàn toàn đáp ứng yêu cầu lưới điện tàu thuỷ sử dụng máy phát truyền động riêng Tuy nhiên, hạn chế đồ án phần phân tích lí thuyết cịn chưa thực sâu sắc, chưa đưa kết mơ máy phát đồng trục hồ vào lưới, mặt khác kinh phí nên chưa xây dựng mơ hình thực Trong q trình nghiên cứu đề tài em có nhiều cố gắng, thời gian trình độ cịn hạn chế đồ án khơng tránh thiếu sót Rất mong nhận góp ý bổ sung thầy, để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực Nguyễn Hồng Quang 74 Tài liệu tham khảo GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban (2000), Máy phát đồng khơng chổi than, Tạp chí Giao thơng Vận tải, số GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn ,TS Nguyễn Tiến Ban, (2001), Mơ hình tốn hệ thống kích từ máy phát điện tàu thuỷ, Tạp chí Giao thơng Vận tải, số 10 Nguyễn Bính (1993), Điện tử công suất, Nhà xuất Đại học Bách khoa Hà Nội TS Nguyễn Thị Phong Hà (1996), Điều khiển tự động tập 1, tập 2, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật GS.TSKH Thân Ngọc Hồn (1991), Điện tử cơng suất lớn, NXB Giao thơng vận tải GS.TSKH Thân Ngọc Hồn (1998), Mơ thiết bị điện, Đại học Hàng Hải, Hải Phòng GS.TSKH Thân Ngọc Hồn (2003), Mơ hình hố thiết bị điện, Nhà xuất Giao thông vận tải Hà Nội GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban (2008), Trạm phát lưới điện tàu thuỷ, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Nguyễn Văn Liễn, TS Nguyễn Tiến Ban (2001), Mô máy phát điện tàu thuỷ, Tuyển tập cơng trình khoa học 45 năm Đại học Bách khoa Hà Nội 10 Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Mạnh Tiến, Đoàn Quang Vinh, Điều khiển động xoay chiều cấp từ biến tần bán dẫn, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật 11 Lê Viết Lượng (2000), Lý thuyết động diesel, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 12 Phạm Công Ngô (1996), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật 75 13 TSKH Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 14 TSKH Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab Simulink, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật 15 Bùi Thanh Sơn (2000), Trạm phát điện tàu thuỷ, Nhà xuất giao thông vận tải Hà nội 16 Nguyễn Phùng Quang (1998), "Máy điện dị nguồn kép dùng làm máy phát hệ thống phát điện hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo đảm phân ly mômen hệ số công suất", 17 Nguyễn Phùng Quang (2004), MATLAB & SIMLINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 18 Nguyễn Phùng Quang (1998), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha (tái lần thứ 1), Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội 19 Nguyễn Doãn Phước (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 20 Bùi Thanh Sơn - Trần Việt Tiến "Ưng dụng máy phát đồng trục hệ thống lượng tàu thủy" 21 Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung (2003), Lý thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội 76 PHỤ LỤC Tham số máy phát - Số đôi cực: zp = - Công suất định mức:40KW - Điện áp định mức stato: 230/400 V ( / ) - Điện áp định mức rôto: 366 V - Dịng điện định mức rơto: 27 A - Tốc độ định mức :1440 v/ph - Điện trở stato Rs : 10,7 - Điện trở rôto Rr : 13,2 - Điện cảm stato L s : 0,066 H - Điện cảm rôto L r : 0,098 H - Hỗ cảm stato rôto Lm : 0,1601H - Tần số định mức : 50 Hz - Dòng điện định mức stator : 152/88A ( / ) - Cos = 0,78 - Mơ men qn tính :0,32 kg.m2 Tham số phía lƣới điện - Điện cảm cuộn lọc: Ld :0,0002H - Điện trở cuộn lọc : Rd : 0,01 - Điện dung tụ điện lọc RC : 400 F - Điện trở lọc RC : Rf : 0,2 - Điện dung tụ điện mạch chiều trung gian : Cdc =1470 F 77 ... cấu trúc máy phát đồng trục dị nguồn kép Trên hình 3.1 mơ tả sơ đồ cấu trúc hệ thống máy phát điện đồng trục sử dụng máy điện dị nguồn kép (MPĐTSDMDBNK) Hệ thống bao gồm máy điện dị nguồn kép có... động hệ thống điều chỉnh tần số máy phát đồng trục 2.1.3 Các hệ thống máy phát đồng trục hệ thứ ba 2.1.3.1 Hệ thống máy phát đồng trục với máy phát điện đồng Hình 2.8 Sơ đồ trạm phát điện đồng trục. .. phía máy phát phía lưới hệ thống máy phát đồng trục sử dụng máy dị nguồn kép 48 3.3.2.2 Áp dụng phương pháp tách kênh trực tiếp thiết kế điều khiển phía máy phát đồng trục sử dụng máy dị nguồn kép