tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật điều KHIỂN TRỰC TIẾP PHỤ tải BẰNG điều KHIỂN KHẢ TRÌNH

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---NGUYỄN VĂN THANH ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP PHỤ TẢI BẰNG ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Thiết

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-NGUYỄN VĂN THANH

ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP PHỤ TẢI BẰNG

ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Thiết bị, mạng & Nhà máy điện

Mã số : 60.52.50

Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái Nguyên.

Cán bộ HDKH : PGS.TS Đặng Quốc Thống

Phản biện 1 : TS Nguyễn Đăng Toản

Phản biện 2 : TS Ngô Đức Minh

Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòngcao học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Vào 13 giờ 30 phút ngày 25 tháng 07 năm 2012

Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại họcThái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên

TÓM TẮT NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN

‘’ ĐIỂU KHIỂN TRỰC TIẾP PHỤ TẢI BẰNG ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH’’

MỞ ĐẦU

1 GIỚI THIỆU CHUNG

Các chỉ tiêu cơ bản của ngành điện là độ tin cậy, chất lượng điện năng

và hiệu quả phục vụ Tuy nhiên, để đồng thời đạt được những chỉ tiêu nêutrên là rất khó khăn Vì điều đó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như côngnghệ kỹ thuật, kinh tế, môi trường, chính trị và xã hội Những điều kiện trên

có sự ảnh hưởng mạnh mẽ tới việc xây dựng và phát triển nền kinh tế quốcdân Vì vậy, ngành điện cần phải có những biện pháp quản lý sự tăng nhanhcủa phụ tải đồng thời nâng cao chất lượng điện năng đối với hệ thống điệnhiện tại Trước đây, đã có một số biện pháp được đưa ra nhằm giảm sức épđầu tư cho nguồn, đường dây truyền tải và các trạm biến áp Một trong những

biện pháp đó là quản lý phụ tải (DSM).

Đơn giá điện tăng nhanh, các công ty điện lực phải bù lỗ nhiều Để tănghiệu suất đòi hỏi các công ty điện lực phải kiểm soát phụ tải chặt chẽ bằngcách thay đổi phương thức vận hành từ nguồn tới tải

Chương trình DSM là một chương trình mới được sử dụng gần đây ởViệt Nam nhằm điều khiển và giám sát việc tiêu thụ điện năng của kháchhàng Chương trình này được thiết lập nhằm theo dõi sự thay đổi của phụ tảitrong những khoảng thời gian khác nhau trong ngày Chương trình DSM cóthể giám sát phụ tải trực tiếp hoặc gián tiếp trên cơ sở đo lường các thông sốcủa phụ tải Để đồ thị phụ tải của hệ thống được bằng phẳng hóa

Tuy nhiên để đồ thị phụ tải được bằng phẳng hơn giảm công suất đỉnhnhọn có rất nhiều cách như:

- Tăng công suất đáp ứng của nguồn bằng cách xây dựng thêm các nhàmáy điện

- Giảm công suất đỉnh nhọn bằng cách áp dụng đơn giá điện thật cao vàogiờ cao điểm, đơn giá điện ưu tiên vào giờ thấp điểm

- Áp dụng chương trình quản lý phụ tải DSM

- Áp dụng chương trình điều khiển phụ tải trực tiếp ( bằng sóng hay bàngđường truyền hữu tuyến…)

2 ĐẶT VẤN ĐỀ

Vấn đề đặt ra là trong khi hàng năm Ngành điện phải bỏ ra một lượngkinh phí rất lớn để xây dựng các nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tảivào giờ cao điểm, nhưng trong giờ thấp điểm thì các nguồn điện này khôngphát huy hiệu quả, gây lãng phí đầu tư Hiện nay tỷ lệ Pmin/Pmax ở nước tadao động từ 0,4 ÷ 0,7, đây là một tỷ lệ rất thấp so với các nước trong khu vựccũng như trên thế giới

Để giải quyết vấn đề đó và để đảm bảo việc sử dụng hợp lý nguồn cungcấp cũng như mạng lưới truyền tải và phân phối điện hiện có, cần tìm đượccách làm cho đường cong phụ tải phù hợp với công suất sản xuất Hiện naycác chương trình quản lý nhu cầu điện (DSM) đã được áp dụng rất hiệu quả ởcác nước trên thế giới, các chương trình quản lý nhu cầu điện bao gồm:

1 Biểu giá theo thời gian sử dụng: Phương pháp điều khiển phụ tải giántiếp

2 Điều khiển tốc độ và hiệu suất động cơ

3 Nâng cao hệ số công suất vận hành của lưới điện

4 Nâng cao hiệu suất quạt thông gió và máy điều hoà không khí

5 Nâng cao hiệu suất đèn chiếu sáng.

6 Điều khiển phụ tải trực tiếp

Hiện nay EVN đang áp dụng một số biện pháp nhằm giảm phụ tải vào giờ caođiểm bao gồm:

- Sử dụng công tơ điện tử biểu giá theo thời gian

- Sử dụng đèn huỳnh quang compact

- Sử dụng đèn ống huỳnh quang tuýp gầy

- Điều khiển phụ tải trực tiếp

Trong các biện pháp nêu trên, phương pháp điều khiển phụ tải trực tiếphiện nay chưa được áp dụng rộng rãi Xét thấy đây là một phương pháp đangđược áp dụng rất thành công trên thế giới, Vì vậy việc nghiên cứu phươngthức điều khiển phụ tải trực tiếp là vấn đề cần thiết và cấp bách

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Việc điều khiển phụ tải trực tiếp có nhiều cách như bằng sóng, bằngđường truyền cáp quang … đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới như

Mỹ, Anh , hay Hàn Quốc… Song việc đóng cắt phụ tải phụ tải trực tiếp có thểnói rằng sử dụng DLC để quản lý phụ tải không phải là giải pháp duy nhất.Trên thực tế, có rất nhiều giải pháp khác song mỗi giải pháp chỉ đáp ứng đượcmột yêu cầu cụ thể đối với hệ thống điện Tuy nhiên, nếu không có sự ủng hộcủa các hộ tiêu thụ thì bất kỳ chương trình DLC nào cũng sẽ đạt hiệu quả rấtthấp

Kinh nghiệm cho thấy, ở một số nước phát triển sử dụng hệ thống DLC

đã cắt giảm được (8÷25)% công suất đỉnh

Tuy nhiên, hệ thống DLC thường gặp các khó khăn:

+ Vốn đầu tư và việc lắp đặt bị giới hạn,

+ Nhiễu tồn tại trong hệ thống

+ Khách hàng không ủng hộ

+ Tăng công suất tiêu thụ của hệ thống khi DLC hoạt động

+ Áp dụng đồng loạt cho toàn bộ hệ thống

+ Độ tin cậy và tính bảo mật của hệ thống

Vì vậy, để đạt được lợi ích to lớn giữa các công ty điện lực (cắt giảmđược phụ tải trong giờ cao điểm) với khách hàng (sự yên tâm về chất lượngđiện), cần thiết phải sử dụng đến hệ thống DLC Trong đề tài này sẽ trình bàycấu trúc và cách thiết lập chương trình của hệ thống DLC dựa trên nguyên lýdùng điều khiển khả trình (PLC)

4 KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI

Phần tổng quan của đề tài được trình bày ở phần mở đầu Chương 1Khái niệm chung về DSM; Chương 2 Tìm hiểu về hệ thống DLC; chương 3Ứng dụng DLC trong hệ thống điều khiển trực tiếp phụ tải ; Chương 4 Ápdụng DLC điều khiển trực tiếp phụ tải cho đối tượng phụ tải thực tế

CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ DSM Đặt vấn đề:

Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về Quản lý nhu cầu (DSM)việc áp dụng DSM ở Việt Nam đánh giá nhìn những hạn chế và ứng dụngthực tế quản lý phụ tải Từ đó đưa ra việc cần thiết áp dụng phương pháp mớiđiều khiển phụ tải trực tiếp (DLC) bằng công nghệ điều khiển khả trình cầnnghiên cứu và áp dụng vào Việt Nam

1.1 Quản lý nhu cầu (DSM)

DSM được xây dựng dựa trên hai chiến lược chủ yếu sau:

 Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng cho các hộ tiêu thụ.

 Điều khiển nhu cầu dùng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất.

* Chiến lược I: Sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao hơn:

* Chiến lược 2 Điều khiển nhu cầu dùng điện phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất.

1.1.2 Hiện trạng nghiên cứu và áp dụng DSM ở Việt Nam.

1.1.2.1 HiÖn tr¹ng nghiªn cøu DSM ë ViÖt nam.

1.1.2.2 ¸p dông DSM t¹i ViÖt Nam

a Tiềm năng thực hiện DSM ở Việt Nam

Qua nghiên cứu, đánh giá có thể nhận thấy rằng tiềm năng quản lý nhucầu điện năng ở Việt nam là rất lớn ở cả 2 lĩnh vực: Quản lý phụ tải và nângcao hiệu suất thiết bị sử dụng điện

b Đánh giá hiệu quả DSM ở khía cạnh chuyển dịch đồ thị phụ tải

Qua công tác nghiên cứu, phân tích cơ cấu đồ thị phụ tải của hệ thốngđiện (HTĐ) Việt nam, các chuyên gia đã rút ra các kết luận:

Đồ thị phụ tải của HTĐ Việt nam trong ngày có 2 thời đoạn cao điểm,

đó là cao điểm sáng từ 6 giờ tới 12 giờ và cao điểm tối từ 17 giờ tới 23 giờ(cao điểm nhất là từ 17-19 giờ)

c Đánh giá hiệu quả của DSM ở khía cạnh thay đổi công nghệ và thiết bị

có hiệu năng thấp:

* Trong khu vực Công nghiệp:

* Khu vực ánh sáng sinh hoạt:

* Khu vực nông nghiệp

* Khu vực sản xuất, truyền tải và phân phối điện:

d Đánh giá khía cạnh tuyên truyền, phổ cập và cung cấp thông tin

* Khu vực Công nghiệp:

* Khu vực ánh sáng sinh hoạt

* Khu vực dịch vụ công cộng:

* Khu vực sản xuất, truyền tải và phân phối điện

e Những khó khăn khi thực hiện DSM ở Việt Nam:

Các khó khăn đo bao gồm:

- Về phía cơ quan quản lý nhà nước:

- Về phía ngành Điện (EVN)

- Về phía các Hộ tiêu thụ điện:

- Đối với dân chúng:

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ DLC 2.1 Đặt vấn đề:

2.2 HÖ thèng DLC sö dông bé vi xö lý.

Nhiều đề tài đã đưa ra bộ VXL dựa trên chương trình DLC cho các công tyđiện lực vừa và nhỏ Thiết kế này đặc biệt phù hợp với các công ty điện lực

cỡ nhỏ đến trung bình Tuy nhiên nguồn tài chính để thực hiện các chươngtrình quản lý phụ tải có quy mô lớn

Hệ thống này được thiết kế bởi bộ VXL 18 bit 68HC11 Hệ thống này

sử dụng một chương trình địa chỉ để điều khiển lên tới bốn phụ tải tại 4059

vị trí Việc vận hành đầy đủ của hệ thống đã được kiểm tra với kết quả thỏađáng

Hệ thống này đơn giản vì nó điều khiển hai phụ tải bởi công tắc chuyểnmạch on off Nó không có phản hồi để kiểm tra ứng dụng vủa DLC Kháchhàng không đóng vai trò gì trong chương trình

Chính vì vậy việc ứng dụng của PLC trong hệ thống điện là vấn đềđáng quan trọng để nghiên cứu

Gần đây với sự phát triển của các hệ thống điều khiển hiện đại và các

bộ VXL đã mở cửa cho việc ứng dụng rộng rãi điều khiển lập trình logictrong hệ thống điện

2.3 Trình bày hệ thống DLC sử dụng PLC.

Hiện nay có nhiều công ty đã nghiên cứu chế tạo thiết bị đầu cuối đế áp dụngcho vấn đề quản lý phụ tải bằng sóng Họ sử dụng PLC để điều khiển phụ tảikhách hàng trực tiếp Tuy nhiên, hệ thống này rất đơn giản do nó điều khiểnphụ tải khách hàng hoặc là chỉ On hoặc chỉ off

Chương trình này không đưa ra cho khách hàng sự thay đổi để tham giatrong chương trình DLC Nó là hệ thống giao tiếp 1 chiều và không bao gồmphản hồi nội bộ

2.4 øng dông PLC trong HÖ thèng ®iÖn.

Gần đây, nhờ có sự phát triển mạnh của các cấu trúc điều khiển và các bộ vi

xử lý đã mở rộng cánh cửa cho việc ứng dụng điều khiển khả trình (PLC)trong hệ thống điện

2.5 Các ứng dụng của PLC trong hệ thống DLC.

Trong sơ đồ cấu trúc của hệ thống này không thiết kế mạch phản hồithông tin của quá trình DLC cho khách hàng Đó chính là nhược điểm của hệthống

Chính vì những phân tích so sánh trên cho thấy việc nghiên cứu ứngdụng chương trình DLC cho hệ thống điện là một vấn đề đáng được quan tâm

2.6 Giới thiệu chung về PLC.

Một hệ thống điều khiển cần thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về chức năng, độtin cậy, hiệu quả kinh tế, phương thức truyền tin Với các công nghệ điềukhiển trước đây thì việc thỏa mãn đồng thời các yêu cầu trên là rất khó Vìvậy, để đảm bảo được các điều kiện đó, ngày nay các công nghệ điều khiểnthường ứng dụng điều khiển khả trình (PLC- Programmable LogicController)

2.6.1 Khái niệm PLC.

2.6.2 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC.

Một hệ thống PLC thông thường bao gồm 4 khối cơ bản như sau:

1 Bộ vi xử lý (CPU- Central Processing Unit): Khối xử lý (Processor):

a Bộ nhớ (Memory):

b Khối nguồn (Power Supply):

c Phần mềm/giao diện (PM):

2 Khối vào ra (I/O):

3 a Nguyên lý hoạt động của hệ thống PLC

Nguyên lý xử lý cơ bản của CPU là đọc thông tin một cách tuần tự Phầnlớn các hệ thống PLC đều áp dụng nguyên lý này

Bộ xử lý trung tâm sau khi nhận tín hiệu đầu vào sẽ mã hóa thông tin, sau

đó thông tin này được phát đi nhờ khối ra của hệ thống được mô tả trên hìnhvẽ

Kế tiếp chương trình phần mềm sẽ xử lý thông tin Mỗi một trạng thái làmột tập lệnh dưới dạng cơ số 2 với hai bit 1 và 0, hai bit này được đặc trưngcho 2 trạng thái có điện và không có điện

Hình2.1: Cấu trúc cơ bản của PLC

b PLC IDEC Microsmart - C24R2

*Ưu điểm có bộ nhớ chương trình lớn, đáp ứng ở tần số cao và có khả năng

giao tiếp với nhiều modules mở rộng

* Ngôn ngữ lập trình:

* Ứng dụng:

* Sơ đồ nối cáp:

* Tập lệnh

* Nhóm lệnh gọi chương trình con

Hệ thống phát tín hiệu dạng sóng

Hệ thống thu tín hiệu dạng sóng

Hình 3.1 Cấu trúc DLC điều khiển phụ tải trực tiếp

3.2 Hệ thống thu thập thông tin

Đây là một đặc điểm quan trọng của hệ thống DLC thế hệ mới

Mạch thu thập thông tin được tích hợp trong hệ thống PLC đặt tại các hộ tiêuthụ Hệ thống thu thập thông tin này được kết nối với hệ thống đo lường Đây

là một đặc điểm mới mà các hệ thống DLC truyền thống trước đây không có

3.3 Cổng giao tiếp

Cấu trúc DLC thường sử dụng 2 cổng giao tiếp cùng là loại RS232 theoIEEE trên 2 đường truyền dữ liệu Đây là loại cổng truyền tin kiểu nối tiếp Sau đây là một số ưu điểm khi sử dụng 2 cổng giao tiếp:

+ Nó cho phép quan sát được nhiều thông số về đối tượng hơn

+ Các công ty điện lực có thể dễ dàng lắp đặt hệ thống PLC tại các hộ tiêu thụ+ Các thiết bị điều khiển đều có thể được phục hồi dễ dàng khi xảy ra sự cố

TIỆN ÍCH

HỆ THỐNG

Thông tin tín hiệu tới PLC

Phản hồi thông tin cho hệ thống qua RS232

KHÁCH HÀNG

Một số hệ thống DLC trước đây không thể lắp đặt đồng loạt cho toàn bộkhách hàng.

Tuy nhiên, hệ thống DLC thế hệ mới có thể lắp đặt cho đồng loạt kháchhàng Mỗi khách hàng sẽ sở hữu một mã bảo mật (ID) Các công ty điện lực

sẽ quản lý khách hàng thông qua mã này Hơn nữa, các công ty điện lực cóthể điều khiển chính xác các hộ phụ tải Đây là một ưu điểm trong cấu trúcmạch của hệ thống DLC

3.6 Quá trình phục hồi cho tải

Quá trình phục hồi cho tải là quá trình cấp lại nguồn điện cho tải sau thời gianngừng điện tự động bởi hệ thống PLC Sau khi kết thúc quá trình cắt điện, hệthống DLC sẽ tự động đóng nguồn cho tải Trong thời điểm bắt đầu phục hồitải có thể xuất hiện dòng đỉnh nhọn do các phụ tải là động cơ tạo nên

Hệ thống DLC thế hệ mới có quá trình phục hồi cho tải, song các hệthống DLC truyền thống trước đây thì không có

3.7 Đặc điểm của hệ thống DLC

Hệ thống DLC trong nghiên cứu này có những đặc điểm sau:

+ Có thể điều khiển 8 tải cùng một lúc Số tải được điều khiển có thểtăng lên bằng cách thay đổi các modun đầu ra của các hệ PLC truyền thống

+ Để cảnh báo cho khách hàng, hệ thống DLC có thể dùng tín hiệu đènbáo hoặc âm thanh

+ Để điều khiển phụ tải hệ thống này dùng 4 trạng thái khác nhau Theonguyên tắc điều khiển bậc thang lần lượt các tải sẽ được cắt ra theo chu kỳthời gian đặt trước Hơn nữa, các công ty điện lực có thể cắt điện nếu các hộtiêu thụ không thanh toán hóa đơn điện

3.8 Mô phỏng và cài đặt thống số cho hệ thống DLC

Hệ thống DLC sẽ được mô phỏng dựa trên 4 khối sau:

+ Máy tính

Có nhiều chương trình mềm của PLC được thiết kế dựa trên các chuẩnhợp lý Thường chọn các chuẩn đó dưới dạng RLL Nó bao gồm các tiếp điểmtĩnh, các cuộn dây, bộ định thời, và bộ đếm, các thanh ghi, khối so sánh, vàmột số dữ liệu phần cứng khác Người lập trình sử dụng cấu trúc của các phần

tử trên để thiết kết hệ thống điều khiển Sự phát triển mạnh mẽ của côngnghiệp điện tử bán dẫn đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc lập trình phần mềmchuyên dụng

3.11 Phần mềm lập trình giao diện điều khiển DLC:

Sử dụng phần mềm Visualbasic 6.0 tạo giao diện kết nối giữa máy tínhthiết bị đầu cuối và PLC tạo giao diện điều khiển tải thuận tiện và chính xác

 Cấu hình đòi hỏi (hardware):

Visual Basic 6.0 phần mềm với hệ thống mở chạy trên tất cả các máytính PC với bộ xử lý Pentium Hệ điều hành mặc định của Visual Basic

là hệ điều hành Microsoft Windows 9x và WinNT, đều là hệ điều hànhmạnh về thiết kế giao diện đồ hoạ Vì vậy Visual Basic cũng kề thừatoàn bộ sức mạnh của hệ điều hành

Yêu cầu về phần cứng của máy:

Máy tính tối thiểu Pentium II 266MHz, yêu cầu : Pentium II 400MHz.Đĩa cứng tối thiểu: 600MB

Yêu cầu cài đặt trên Windows NT

Visual Basic 6.0 có thể cài đặt dưới nền của Windows NT 4,0, servicePack 5 hoặc cao hơn Win NT 4.0 và service Pack 5 có thể cài đặt từInternet Explorer 5.0, CD-ROM Service pack này được cài đặt trướckhi cài đặt Internet Explorer

Sau khi cài đặt Windows NT 4.0 Option pack và Windows NT servicepack 5 phải được cài đặt

Yêu cầu cài đặt trên Windows 2000:

Visual Basic 6.0 có thể hoạt động dưới nền Windows 2000, yêu cầuphải có service – pack 2 cho Windows 2000

CHƯƠNG 4

ÁP DỤNG DLC ĐIỀU KHIỂN TRỰC TIẾP TẢI CHO ĐỐI TƯỢNG

PHỤ TẢI THỰC TẾ 4.1.Phương pháp truyền tín hiệu điều khiển bằng sóng: