Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tác động nhiễu đến sự làm việc của bộ điều khiển tốc trong các trạm thuỷ điện nhỏ và đưa ra giải pháp khắc phục

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT  NGÔ THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁC ĐỘNG NHIỄU ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA BỘ ĐIỀU TỐC TRONG CÁC TRẠM THỦY ĐIỆN NHỎ VÀ ĐƯA RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2009 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT  NGÔ THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁC ĐỘNG NHIỄU ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA BỘ ĐIỀU TỐC TRONG CÁC TRẠM THỦY ĐIỆN NHỎ VÀ ĐƯA RA GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC CHUYÊN NGÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ : 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS THÁI DUY THỨC HÀ NỘI - 2009 iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Ngô Thị Thanh Nga iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU I Chương - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NHỎ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC 1.1 Tổng quan nhà máy thủy điện nhỏ 1.1.1 Phân loại 1.1.2 Nguyên lý hoạt động nhà máy thủy điện 1.2 Tổng quan điều tốc 10 1.2.1 Nguyên lý chung thiết bị điều tốc 10 1.2.2 Cấu tạo chung thiết bị điều tốc 13 1.2.3 Phân loại 14 1.2.4 Các phương án sử dụng điều tốc nhà máy thủy điện nhỏ 16 Chương - TẢI GIẢ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 29 2.1 Thiết bị điều tốc tải giả 29 2.1.1 Cấu tạo phần cứng 29 2.1.2 Phần mềm điều khiển 32 2.1.3 Hình ảnh Bộ điều tốc tải giả hoàn thiện 36 2.2 Điều khiển tải giả phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều 39 2.2.1 Mạch điều khiển điện áp xoay chiều pha 39 2.2.2 Điều chỉnh tải giả phương pháp điều chỉnh điện áp chiều 53 Chương - NGHIÊN CỨU CÁC SÓNG HÀI PHÁT SINH TRONG LƯỚI ĐIỆN KHI SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP MỘT CHIỀU VÀ XOAY CHIỀU ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TẢI GIẢ 56 v 3.1 Sóng hài ảnh hưởng sóng hài 56 3.1.1 Định nghĩa sóng hài 56 3.1.2 Nguyên nhân gây sóng hài 56 3.1.3 Các số đánh giá sóng hài 57 3.1.4 Ảnh hưởng sóng hài 58 3.2 Các biện pháp hạn chế sóng hài 60 3.2.1 Sử dụng thiết bị gây sóng hài 60 3.2.2 Sử dụng lọc 61 3.3 Nghiên cứu quy luật phát sinh nhiễu sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp để điều khiển tải giả mô Matlab 66 3.3.1 Cơ sở nghiên cứu 66 3.3.2 Mô phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha 69 3.3.3 Mô phương pháp điều chỉnh điện áp chiều (BXAMC) 79 Chương - GIẢI PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI KHI SỬ SỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TẢI GIẢ TRONG CÁC TRẠM THỦY ĐIỆN NHỎ 82 4.1 Hạn chế sóng hài cách thay đổi tính chất tải 82 4.1.1 Mô phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha 82 4.1.2 Mô phương pháp điều chỉnh điện áp chiều (BXAMC) 95 4.2 Hạn chế sóng hài phát sinh lọc tích cực 99 4.2.1 Thiết kế lọc tích cực 99 4.2.2 Xây dựng cấu trúc lọc Matlab kết mô 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Kí hiệu Giải thích BĐAXC Biến đổi áp xoay chiều BXAMC Băm xung áp chiều CCHD Cơ cấu hướng dịng BXCT Bánh xe cơng tác NMTĐ Nhà máy thủy điện THD Tổng méo dạng (Total Harmonic Distortion ) ELC Điều khiển tải điện (Electric load control) vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ Nhà máy thủy điện kiểu lịng song Hình 1.2 Sơ đồ Nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn Hình 1.3 Sơ đồ Nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp Hình 1.4 Sơ đồ nhà máy thủy điện Hình 1.5 Sơ đồ mặt cắt ngang nhà máy thủy điện Hình 1.6 Sơ đồ cơng nghệ bố trí thiết bị thuỷ điện Hình 1.7 Bộ điều tốc tuabin thủy lực 10 Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc .17 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý điều tốc thủy lực .18 Hình 1.10 Sơ đồ khối điều khiển 20 Hình 1.12 Sơ đồ khối chức 21 Hình 1.13 Nguyên lý điều khiển phụ tải 22 Hình 1.14 Sơ đồ đấu nối thiết bị điều tốc tải giả ELC 22 Hình 1.15 Dịng điện qua tải giả 23 Hình 1.16 Nhiễu đóng cắt tải giả .24 Hình 1.17 Chia nhỏ khối tải giả 25 Hình 1.18 Quan hệ góc cắt tải công suất 25 Hình 1.19 Sơ đồ điều khiển theo thời gian đóng tải pha ba pha 26 Hình 1.20 Dạng sóng tải giả điều khiển đóng cắt pha với 60% thời gian26 Hình 1.21 Bộ điều khiển theo tải nhị phân phạm vi dịng tải giả 27 Hình 2.1 CPU giao tiếp 29 Hình 2.2 Khối cung cấp nguồn .30 Hình 2.3 Mạch biến đổi tín hiệu tần số 30 Hình 2.4 Mạch đọc giá trị công tắc 31 Hình 2.5 Mạch điều khiển Triac Thyristor .32 viii Hình 2.6 Lưu đồ thuật tốn chương trình điều khiển, đo lường bảo vệ 33 Hình 2.7 Sơ đồ điều khiển 36 Hình 2.8 Sơ đồ tính toán thực tế 36 Hình 2.9 Bảng mạch hồn thiện 37 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý 38 Hình 2.11 Sơ đồ đấu dạng dòng áp qua .39 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý 40 Hình 2.13 Dạng đường cong dịng, áp tải giả 40 Hình 2.14 Quan hệ cơng suất tải giả góc mở  42 Hình 2.15 Hình ảnh phân tích sóng sóng hài bậc .42 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý 43 Hình 2.17 Dạng dịng áp tải giả tải có tính chất điện trở, điện cảm 44 Hình 2.18 Mối quan hệ ’  với góc  khác 45 Hình 2.19 Mối quan hệ góc mở  dịng, áp, cơng suất ’ 46 Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý BĐAXC ba pha trở 47 48 Hình 2.21 Đặc tính đường cong dịng, áp pha BĐAXC 48 Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý 49     50 Hình 2.23 Dạng đường cong dòng, áp tải giả  5   51 Hình 2.24 Dạng đường cong dịng, áp tải giả Hình 2.25 Sơ đồ nguyên lý 52 Hình 2.26 Đặc tính điều chỉnh BĐAXC ba pha tải trở đấu tam giác 52 Hình 2.27 Sơ đồ nguyên lý dạng điện áp tải giả 53 Hình 2.28 Sơ đồ nguyên lý dạng đường cong dòng áp tải giả 54 Hình 3.1 Các đặc tính bốn loại lọc 62 ix Hình 3.2 Sơ đồ khối nguồn chiều 63 Hình 3.3 Bộ lọc tích cực .64 Hình 3.4 Dạng sóng dịng điện lọc tích cực .64 Hình 3.5 Bộ lọc tích cực pha đấu gián tiếp với lưới .65 Hình 3.6 Phổ nhiễu lọc góc mở =0.5 .65 Hình 3.7 Nguyên lý làm việc lọc cấp 66 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý trạm thủy điện 66 Hình 3.9: Khối máy phát .67 Hình 3.10 Khối điều chỉnh điện áp xoay chiều, chiều IGBT 67 Hình 3.11 Khối phát xung 68 Hình 3.12 Khối tách sóng hài 68 Hình 3.13 Sơ đồ mơ tải trở đấu trung tính 69 Hình 3.14 Kết mơ dòng, áp tải giả THD =0 69 Hình 3.15 Kết mơ dịng, áp tải giả THD = /6 70 Hình 3.16 Kết mơ dịng, áp tải giả THD = /4 70 Hình 3.17 Kết mơ dịng, áp tải giả THD = /3 70 Hình 3.18 Kết mơ dịng, áp tải giả THD = /2 71 Hình 3.19 Kết mơ dòng, áp tải giả THD = 2/3 71 Hình 3.20 Kết mơ dịng, áp tải giả THD = 5/6 71 Hình 3.21 Kết mơ dịng, áp tải giả THD =  72 Hình 3.22 Phổ nhiễu =0 = /2 72 Hình 3.23 Phổ nhiễu =/6 = /4 72 Hình 3.24 Phổ nhiễu =/3 = 2/3 73 Hình 3.25 Phổ nhiễu =5/6 =  73 Hình 3.26 Sơ đồ mô tải trở đấu không trung tính .74 Hình 3.27 Phổ nhiễu =0 = /6 74 Hình 3.28 Phổ nhiễu =/4 = /3 75 x Hình 3.29 Phổ nhiễu =/2 =  75 Hình 3.30: Sơ đồ mô tải trở đấu tam giác 76 Hình 3.31 Phổ nhiễu =/6 = /3 76 Hình 3.32 Phổ nhiễu =/2 = 2/3 77 Hình 3.33 Phổ nhiễu =5/6 =  77 Hình 3.34 Sơ đồ mô phương pháp điều chỉnh điện áp chiều 79 Hình 3.35 Phổ nhiễu =5% 10% .80 Hình 3.36 Phổ nhiễu =30% 50% .80 Hình 3.37 Phổ nhiễu =70% 90% .80 Hình 4.1 Sơ đồ mơ tải R-L đấu trung tính 83 Hình 4.2 Kết mơ dịng, áp tải giả THD =0 84 Hình 4.3 Kết mơ dịng, áp tải giả THD = /6 84 Hình 4.4 Kết mơ dịng, áp tải giả THD = /4 85 Hình 4.5 Kết mơ dòng, áp tải giả THD = /3 85 Hình 4.6 Kết mơ dòng, áp tải giả THD = /2 86 Hình 4.7 Kết mơ dịng, áp tải giả THD = 2/3 .86 Hình 4.8 Kết mơ dịng, áp tải giả THD = 5/6 87 Hình 4.9 Kết mơ dịng, áp tải giả THD =  87 Hình 4.10 Phổ nhiễu =0 = /2 88 Hình 4.11 Phổ nhiễu =/6 = /4 88 Hình 4.12 Phổ nhiễu =/3 = 2/3 88 Hình 4.13 Phổ nhiễu =5/6 =  89 Hình 4.14 Sơ đồ mơ tải R-L đấu khơng trung tính 90 Hình 4.15 Phổ nhiễu =/6 = /4 90 Hình 4.16 Phổ nhiễu =/2 = 2/3 91 Hình 4.17 Phổ nhiễu =5/6 = 91 Hình 4.18 Sơ đồ mơ tải R-L đấu tam giác 92 ...ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT  NGÔ THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁC ĐỘNG NHIỄU ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA BỘ ĐIỀU TỐC TRONG CÁC TRẠM THỦY ĐIỆN NHỎ VÀ ĐƯA RA GIẢI... thủy điện nhỏ Mục đích nghiên cứu luận văn Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu ảnh hưởng tác động nhiễu đến làm việc điều tốc trạm thủy điện nhỏ đưa pháp khắc phục Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên. .. bị điện tử tương tự - Bộ điều tốc điện tử - điện: Bộ điều tốc có phận chấp hành động điện, phận lại thiết bị điện tử tương tự 1.2.3.3 Bộ điều tốc phân loại theo nguyên lý tác động: - Bộ điều tốc