Thiết kế hệ thống điều khiển tối ưu công suất theo nhu cầu của phụ tải ứng dụng cho TBA 220 4kv

Lời Mở ĐầuĐiện năng là một nguồn năng lượng quan trọng của hệ thống năng lượng quốcgia, nó được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực như: sản xuất kinh tế, đời sốngsinh h

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề Tài:

Thiết kế hệ thống điều khiển tối ưu công suất theo nhu cầu của phụ tải

Ứng dụng cho TBA 22/0.4kv

Giáo viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN ANH HOA

Họ và tên sinh viên: LÊ XUÂN ĐIỆP

NGUYỄN VIỆT ĐỨC

NGUYỄN VĂN CÔNG

Lớp: Đ4_ĐCN

Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG

Hệ đào tạo: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Khóa: 2009-2014

Hà Nội tháng 11 năm 2013

Lời Mở Đầu

Điện năng là một nguồn năng lượng quan trọng của hệ thống năng lượng quốcgia, nó được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các lĩnh vực như: sản xuất kinh tế, đời sốngsinh hoạt, nghiên cứu khoa học…

Hiện nay nước ta đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nênnhu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng cao về số lượng cũng như chất lượng Để đápứng được về số lượng thì ngành điện nói chung phải có kế hoạch tìm và khai thác tốtcác nguồn năng lượng có thể biến đổi chúng thành điện năng Mặt khác, để đảm bảovề chất lượng có điện năng cần phải xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối điện nănghiện đại, có phương thức vận hành tối ưu nhất đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũngnhư kinh tế Xuất phát từ điều đó, bên cạnh những kiến thức được học trên giảngđường, nhóm sinh viên chúng em được giao đồ án tốt nghiệp về thiết kế hệ thống điềukhiển tối ưu công suất theo yêu cầu của tải, áp dụng cho TBA 22/0.4kv Quá trìnhthực hiện đồ án giúp chúng ta hiểu biết tổng quan nhất về mạng lưới điện khu vực,những nguyên tắc chủ yếu để xây dựng hệ thống điện như xác định hướng và cácthông số của các đường dây, chọn hệ thống điện áp cho mạng điện chính, nhữngnguyên tắc tổ chức và điều khiển hệ thống , thiết kế và đưa tự động hóa vào hệ thốngđiện…

Mặc dù nhóm em đã cố gắng song những hiểu biết của chúng em còn nhiều hạnchế nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện đồ án này,emmong Thầy & các bạn giúp sẽ giúp đỡ em hoàn thiện đồ án này hơn

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến Cô Nguyễn Anh Hoa, cùngtoàn thể các thầy cô trong khoa Tự Động Hóa đã tận tình hướng dẫn chúng em hoànthành bản đồ án

Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 20113 NHÓM SINH VIÊN :

Trong quá trình bắt tay vào thực hiện đồ án, nhóm chúng em đã gặp rất nhiềukhó khăn, song bằng sự nỗ lực tìm tòi, đoàn kết, và sự hướng dẫn tận tình của Cô Giáohướng dẫn: Th.s Nguyễn Anh Hoa, cùng với sự tham gia góp ý của Thầy, Cô và bạntrong khoa CNTĐ trường Đại Học Điện Lực Hà Nội, nhóm em đã dần tháo gỡ đượcnhững vấn đề kể trên Chúng em xin gửi lời cảm ơn trân thành tới cô giáo hướng dẫnTh.S Nguyễn Anh Hoa, các Thầy, Cô giáo và các bạn trong khoa CNTĐ trường ĐạiHọc Điện Lực Hà Nội, nếu không có sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các Thầy,

Cô và sự góp ý của các bạn thì chúng em không thể hoàn thành bản đồ án tốt nghiệpnày được em xin trân thành cảm ơn!

Nhóm SVTH

Của giảng viên hướng dẫn

Của giảng viên phản biện

Lời Mở Đầu

Chương 1 1

TỒNG QUAN VỀ TBA 22/0.4KV DỊCH VỌNG 22 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ TBA DỊCH VỌNG 22 1

1.2 TÌM HIỂU VỀ SƠ ĐỒ CÁC MẶT XUẤT TUYẾN 3

Chương 2 5

PHÂN TÍCH VỀ THỰC TRẠNG CỦA TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỂ THÔNG MINH HÓA VIỆC VẬN HÀNH TRẠM 5

2.1 PHÂN TÍCH THỰC TRẠNG CỦA TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22 5

2.1.1 Các lộ ra của trạm 5

2.1.2 Thông tin cụ thể các lộ đường dây của trạm Dịch Vọng 22 5

2.1.3 Phân tích đồ thị phụ tải 7

2.1.4 Phân tích về các nguồn dự phòng có trong lưới điện của trạm 19

2.1.5 Kết luận về phụ tải trạm Dịch Vọng 22 19

2.2 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỂ THÔNG MINH HÓA VIỆC VẬN HÀNH TRẠM .19

2.2.1 Xác định mục đích của lưới thông minh cho trạm biến áp Dịch Vọng 22 19

2.2.2 Cấu trúc cơ cấu lưới điện thông minh 21

Chương 3 22

XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN CỨNG & TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH 22

3.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN CỨNG 22

3.2 TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH 23

3.2.1.Vi điều khiển Pic 16F877A 23

3.2.2 Cảm biến đo nhiệt độ DS18B20: 44

3.2.3 IC cảm biến đo dòng điện trên từng pha : ACS712 45

3.2.4 VI MẠCH GIAO TIẾP MAX 232 46

3.2.5 Cổng COM loại 9 chân(RS232) 48

3.2.6 ULN2803: 49

CHƯƠNG 4 49

XÂY DỰNG CÁC TÌNH HUỐNG GIẢ ĐỊNH, TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TỪNG MODUL VÀ TOÀN BỘ MẠCH 49

4.1 XÂY DỰNG CÁC BÀI TOÁN VÀ CÁC TÌNH HUỐNG GIẢ ĐỊNH 49

4.1.1 Bài toán cân bằng pha: 49

4.1.2 Bài toán bù cos: 49

4.1.3 các tình huống giả định 49

4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TỪNG MODUL 50

4.2.2 Nguyên lý module đo nhiệt độ: 50

4.2.3 nguyên lý hoạt động của modul giao tiếp máy tính 50

4.2.4 Module đo điện áp và dòng điện: 51

4.2.5 Module phát hiện ngắn mạch: 52

4.2.6 Module mô phỏng các sự cố: 53

4.2.7 Module điều khiển aptomat: 54

4.2.8 Module điều khiển: 55

4.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TOÀN BỘ MẠCH 55

4.4 TÌM HIỀU CHUNG VỀ TỤ BÙ 56

4.4.1 Mối quan hệ giữa hệ số công suất cosφ và chất lượng điện năng 56

4.4.2 Bù công suất phản kháng trong lưới hạ áp 58

4.4.3 Tính toán tổn thất điện áp và đưa ra phương án bù cho trạm Dịch Vọng 22 60

Chương 5 65

XÂY DỰNG THUẬT TOÁN CHO CÁC TÌNH HUỐNG GIẢ ĐỊNH VÀ MÔ PHỎNG GIÁM SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 65

5.1 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 65

5.1.1 Giải pháp giảm mất cân bằng các pha 65

5.1.2 Đề xuất giải pháp 66

5.1.3 Thuật toán điều khiển cho hệ thống này như sau: 66

5.1.4 Giải thích phương án đề xuất : 68

5.1.5 Thuật toán phát hiện và phân loại các loại sự cố về dòng: 74

5.1.6 Bù công suất phản kháng trong lưới hạ áp 76

5.1.7 Vận hành hệ thống kết hợp với nguồn dự phòng 79

5.2 MÔ PHỎNG VÀ GIÁM SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 83

Chương 6: Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

SƠ ĐỒ TÊN SƠ ĐỒ TRANG

Sơ đồ 1 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp dịch vọng 22 2

Sơ đồ 2 Sơ đồ nguồn cung cấp điện cho công ty điện lực cầu

giấy

4

Sơ đồ 3 Sơ đồ điện hạ thế một sợi trạm dịch vọng 22 5

Sơ đồ 7 Các chân của vi điều khiển Pic 16F877A 24

Sơ đồ 9 Sơ đồ các chân của thanh ghi Status 32

Sơ đồ 10 Sơ đồ các chân của thanh ghi Intcon 33

Sơ đồ 11 Sơ đồ các chân của thanh ghi Optione-Reg 36

Sơ đồ 12 Sơ đồ các chân của thanh ghi T1CON 39

Sơ đồ 16 Sơ đồ chân của cảm biến đo nhiệt độ DS18B20 45

Sơ đồ 17 Sơ đồ các chân của cảm biến dòngACS712 46

Sơ đồ 22 Modul đo hiệu điện thế và đo dòng điện 52

Sơ đồ 23 Modul phát hiện ngắn mạch và mất pha 52

Sơ đồ 27 Thuật toán chung có tải khi mất cân bằng pha 67

Sơ đồ 28 Thuật toán chung có tải khi mất cân bằng pha theo

TH1

71

Sơ đồ 29 Sơ đồ mô phỏng vị trí đặt các thiết bị của hệ thống 73

Sơ đồ 30 Sơ đồ phát hiện và phân loại các dạng sự cố 75

Sơ đồ 32 Thuật toán điều khiển nguồn cung cấp cho tải khi vận

hành ở chế độ bình thường

81

Sơ đồ 33 Thuật toán điều khiển nguồn cung cấp ở chế độ sự cố 82

Sơ đồ 34 Thuật toán điều khiển nguồn cung cấp khi vận hành ở

chế độ sự cố

83

Tên hình

vẽ

Hình 3.4 Cấu trúc bên trong của bộ định thời timer0 35 Hình 3.5 Cấu trúc bên trong của bộ định thời timer1 38 Hình 3.6 Cấu trúc bên trong của bộ định thời timer2 40

Hình 5.1 Giao diện trạm chủ khi đang kết nối và nhận giữ liệu 86 Hình 5.2 Mô hình mạch thật khi đang hoạt động 87

DANH MỤC CÁC BẢNG TÊN

BẢNG

Bảng 2.1 Bảng thông số dòng điện làm việc chạy qua AT tổng hạ

áp của trạm theo giờ trong ngày

8

Bảng 2.2 Bảng thống số dòng điện chạy trên các pha của lộ dây

dẫn theo giờ trong ngày

10

Bảng 2.3 Bảng công suất trên các lộ theo giờ trong ngày 12

Bảng 2.5 Bảng tổn thất điện áp trên lộ 1 và nhánh H17 62 Bảng 2.6 Bảng đánh giá hiệu quả bù trên nhánh H17

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 2.1 Biểu đồ phụ tải theo giờ tại phía AT tổng 13 Biểu đồ 2.2 Biểu đồ phụ tải theo giờ của lộ H3-H12(lộ 3) 13 Biểu đồ 2.3 Biểu đồ phụ tải theo giờ của H1,H2,H13-H17(lộ 2) 14 Biểu đồ 2.4 Biểu đồ phụ tải theo giờ của lộ 1 14 Biểu đồ 2.5 Biểu đồ về độ lệch pha theo thời gian phía thanh cái hạ áp 15 Biểu đồ 2.6 Biểu đồ về độ lệch pha theo thời gian trên lộ 1 15

Biểu đồ 2.8 Biểu đồ về độ lệch pha theo thời gian trên lộ 3 16

Chương 1 TỒNG QUAN VỀ TBA 22/0.4KV DỊCH VỌNG 22 1.1 TỔNG QUAN VỀ TBA DỊCH VỌNG 22

Trạm biến áp Dịch Vọng 22 là trạm biến áp 22/0,4kV, nằm trong khuôn viêntrường đại học Sư Phạm Hà Nội Trạm Dịch Vọng 22 thuộc sự quản lý của công tyĐiện Lực Cầu Giấy, trạm được xây dựng và đưa vào vận hành từ năm 2006, đây làkiểu trạm hợp bộ với kích thước của trạm là 2x3x3; xung quanh trạm có phạm vithoáng mát và có đất dự phòng cho việc đầu tư và phát triển lâu dài theo hướng điệnđại hóa

Trạm được cấp điện từ Trạm biến áp 110 E9 Nghĩa Đô, nằm trên lộ cung cấp đồngthời cho TBA Trường Đại Học Sư Phạm và TBA Xí Nghiệp Xe Khách gần chợ NhàXanh

Phía cao thế dùng cầu dao phụ tải loại 24 kV-1000A- 20kA/s, cầu chì loại HRC 24kV- 31,5 A, 3 cáp đồng XLPE/PVC 1x50-24kV

MBA có thông số kỹ thuật như sau:

- MBA ba pha hai cuộn dây;

- Công suất định mức của máy biến áp: 630kVA

- Điện áp: 22±2x2,5/0,4kV, đấu Δ/Y0− 11

Phía ra từ MBA tới Áp tô mát tổng mỗi pha hai cáp loại đồng XLPE/PVC 0,6/1kV với các Biến dòng và đồng hồ đo đếm bao gồm:

- 06 Biến dòng điện 1000/5A- cấp chính xác 0.5;

- Đồng hồ hiển thị : 03 Ampe kế và 01 Vôn kế;

- 01 Công tơ hữu công và 01 công tơ vô công cấp chính xác 0.5, đặt ngay sauphía hạ MBA-phía đầu vào tủ hạ thế Công tơ điện áp 230/400V,đòng điện 5A, tần số

50 HZ

Áp tổng A1 600V-1000 A, có các nút cắt tức thời, có hai loại bảo vệ : quá tải có thờigian và bảo vệ ngắn mạch cắt tức thời, hình thức thao tác: bằng tay

Trạm sử dụng tủ hạ thế : 600V-1000A, phạm vi cấp điện:

- Khu tập thể Đại học Sư phạm

- Công ty Điện lực Cầu Giấy

- Trường THPT Nguyễn Tất Thành

Tủ hạ thế, nối vào thanh cái hạ thế 0,4 kV, ngoài Áp tô mát tổng 1000 A , còn có:

02 CD phô t¶i 24 kV-630A-20kA/s

Sơ đồ 1: Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp Dịch Vọng 22

- 04 Áp tô mát nhánh : A1.1 loại 600V- 400A; A1.2 loại 600V – 250 A; A1.3 loại600V- 400 A; A1.4 loại 600V – 250 A để cấp điện cho các hộ Các Áp này đều có cácnút cắt tức thời, có hai loại bảo vệ : quá tải có thời gian và bảo vệ ngắn mạch cắt tứcthời, hình thức thao tác : bằng tay

- 01 Áp nhánh A1.5 loại 600 V-80 A cấp điện tụ bù đặt tại trạm với dung lượng

bù 2x10 kVAR, đặt ngay trong một ngăn của tù hạ thế Tụ bù hiện nay chưa đưa vàovận hành

- Chống sét van với số lượng là 03, điện áp 480 V, tần số 50HZ, dòng điện thoátsét danh định là 5 kA, khả năng chịu dòng ngắn mạch là 10 kA Chống sét van đặt trênthanh góp hạ thế

- Hệ thống bảo vệ rơ le cho trạm hiện chưa có và việc bảo vệ cho trạm được thựchiện ở phía cao áp bằng cầu dao phụ tải và cầu chì 24kV, phía hạ áp là các Aptomat đicác lộ đường dây

1.2 TÌM HIỂU VỀ SƠ ĐỒ CÁC MẶT XUẤT TUYẾN

Từ tủ hạ áp sau các Áp tô mát là các dây cáp tới cột xuất tuyến cách trạm là 30 m,

từ đó có 06 xuất tuyến đi tới các phụ tải, cụ thể như sau :

- Xuất tuyến 1- cấp điện PTTH Nguyễn Tất Thành: điện đấu điện trực tiếp ngay

sau Áp tổng A1 bằng cáp vặn xoắn ABC 4x120 đi nổi tới cột xuất tuyến, sau đóchuyển hướng tới các cột điện dãy nhà phía sau để cấp điện cho PTTH Nguyễn Tấtthành, cột điện cuối đối diện cổng trường cách cột xuất tuyến chừng 120 m, tại đây cótủ điện với Áp 250 A và công tơ điện Từ tủ điện cấp điện cho trường Như vậy tuyếnnày dài 150 m, không có phụ tải rẽ mà chỉ cấp cho trường học

- Xuất tuyến 2- cấp điện cho Công ty Điện Lực Cầu Giấy: điện từ sau Áp A1.2

(250 A), cáp nhôm 4x150 chôn ngầm dưới đất đến cột xuất tuyến, sau đó chuyển thànhcáp vặn xoắn ABC 4x95 đi nổi theo đầu các dãy nhà phía trước, kéo dài đến cột 15-cộtbên này đường Xuân Thủy, đổi thành cáp vặn xoắn ABC 4x50 vượt đường sang cột 16bên kia đường Xuân Thủy- cách cột 15 chừng 30 m, sau đó đưa điện đến Công ty Điệnlực Cầu giấy, cách cột 16 khoảng 100 m Như vậy tuyến này dài 400 m từ Áp A1.2đến Công ty điện lực Cầu giấy với ba đoạn cáp: (i) đoạn A1.2 đến cột xuất tuyến- cápnhôm 4x150 chôn ngầm dưới đất dài 30 m, (ii) đoạn cột xuất tuyến đến cột 15- cápvặn xoắn ABC 4x95 đi nổi dài 240 m, (iii) đoạn cột 15, qua đường đến cột 16 và tớiCông ty Điện lực Cầu giấy cáp vặn xoắn AC 4x50 đi nổi dài 130 m Tuyến này không

có phụ tải rẽ nhánh mà chỉ cấp điện cho ABC công ty Điện lực Cầu giấy

- Xuất tuyến 3- tuyến bổ sung cấp điện các hộ, điện từ sau Áp A1.4 (250 A), cáp

vặn xoắn ABC 4x120 đi nổi đến cột xuất tuyến, sau đó tiếp tục đi nổi theo đầu các dãynhà phía trước nhà phía trước tới cột 9, cách cột xuất tuyến 48 m Như vậy tuyến nàydài 78 m bằng một chủng loại cáp vặn xoắn ABC 4x120, đi nổi, cấp điện rẽ nhánh chocác dãy nhà

- Các xuất tuyến 4,5 và 6, điện từ sau Áp A1.4 (400 A) cáp nhôm 4x150 dài 30 m

chôn ngầm dưới đất tới cột xuất tuyến, sau đó chuyển sang cáp vặn xoắn ABC 4x95,rồi đi nổi trên các cột đầu các dãy nhà phía trước Sau Áp A1.3 (400 A) có 02 cáp: (i)cáp nhôm 4x150 dài 30 m chôn ngầm dưới đất tới cột xuất tuyến, sau đó chuyển sangcáp vặn xoắn ABC 4x95, rồi đi nổi trên các cột đầu các dãy nhà phía trước; (ii) cápvặn xoắn ABC 4x95 chôn ngầm dưới đất ( chôn bổ sung sau này) tới cột xuất tuyến,sau đó đi nổi trên các cột đầu các dãy nhà phía trước Như vậy sau A1.4 và A1.3 có 03xuất tuyến tới cột xuất tuyến, sau đó đi nổi trên các cột đầu các dãy nhà phía trước đểcấp điện cho các dãy nhà Ba xuất tuyến này có độ dài khác nhau, cụ thể như sau :

+ Tuyến 4 – cấp điện cho cho các hộ, cáp vặn xoắn ABC 4x95, đi nổi đển cột 6,

dài 85 m kể từ cột xuất tuyến;

+ Tuyến 5 – cấp điện cho cho các hộ, cáp vặn xoắn ABC 4x95, đi nổi đển cột

13, dài 204 m kể từ cột xuất tuyến;

Tủ cầu dao đảo chiều

Nguồn cấp chính: TBA Dịch Vọng 22

Nguồn cấp dự phòng: TBA Cầu Giấy 8

Công ty điện lực Cầu Giấy

+ Tuyến 6 – cấp điện cho cho các hộ, cáp vặn xoắn ABC 4x95, đi nổi đển cột

15, dài 240 m kể từ cột xuất tuyến;

Các xuất tuyến 3,4,5 và 6 cấp điện cho các hộ

(sơ đồ 3): thể hiện sơ đồ nguyên lý cấp điện một sợi hạ thế trạm biến áp Dịch vọng

22

Tại các cột điện được trich ngang bằng cáp rẽ nhánh loại vặn xoắn ABC 4x50

Từ dây cáp dùng ghíp bọc cách điện hạ thế lấy điện từ một trong ba pha và dâynguội để đưa điện tới các hòm công tơ gia đình, mỗi hòm công tơ có khoảng 3 đến 6công tơ 1 pha, mỗi gia đình một công tơ môt pha loại 600V- 40A

Tại Công ty Điện lực Cầu giấy sử dụng cầu dao đảo chiều để lấy điện từ hai nguồn:nguồn chính TBA Dịch vọng 22 và nguồn dự phòng TBA Cầu giấy 8

Sơ đồ 2 : Các nguồn cung cấp điện cho công ty điện lực Cầu Giấy

,

Tuyến2 (250A) (30m-Ngầm) (240m-Nổi-Tới cột 15) (130m- Tới ĐLCG)

A1.4 Cáp ABC 4x120 Cáp ABC 4x120

A1.1 Cáp Al 4x150 Tuyến 4, Cáp ABC 4x95

Cáp ABC 4x120 (30m-Nối) Cáp ABC 4x120

(120 m Nối Tới PTTH Ng.Tất Thành)

Sơ đồ 3: Sơ đồ điện hạ thế một sợi trạm Dịch vọng 22

Chương 2 PHÂN TÍCH VỀ THỰC TRẠNG CỦA TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22 2.1.1 Các lộ ra của trạm

Phía hạ áp của trạm Dịch Vọng 22 có 3 lộ ra, cung cấp điện cho các phụ tải:

+ Lộ 1: Công ty Điện lực Cầu Giấy và Trường THPT Nguyễn Tất Thành

+ Lộ 2: Khu tập thể Đại Học Sư Phạm (các khu H1, H2 , H13 đến khu H17)

+ Lộ 3: Khu tập thể Đại Học Sư Phạm ( các khu từ H3 đến H12)

2.1.2 Thông tin cụ thể các lộ đường dây của trạm Dịch Vọng 22

a Lộ 1 Công ty Điện lực Cầu Giấy và Trường THPT Nguyễn Tất Thành

- Aptomat của lộ : Loại 600V-400A

- Đặc điểm phụ tải:

+ Đây là khu vực có tính chất văn phòng, trường học nên các tải thường có côngsuất không lớn với nhiều phụ tải phân bố ở các phòng ban và khu vực công cộng.+ Do đặc tính của phụ tải, đồ thị phụ tải sẽ nhiều vào ban ngày, giờ hành chính và

sẽ giảm mạnh vào ban đêm

- Việc cấp điện cho công ty điện lực Cầu Giấy sử dụng cáp ACB 4x120 từ cột xuấttuyến với chiều dài cấp điện là 320m.

- Việc cấp điện cho trường THPT Nguyễn Tất Thành sử dụng cáp ACB 4x120 từ cộtxuất tuyến với chiều dài cấp điện là 260m

- Ngoài ra tại lộ phụ tải này còn có một nguồn cấp điện dự phòng cấp cho điện lựcCầu Giấy từ TBA E8 Cầu Giầy

Sơ đồ cung cấp điện cho lộ 1 được thể hiện trong sơ đồ 4

Điện Lực Cầu Giấy

Trường Nguyễn Tất Thành

Máy Biến Áp

260m

60m

ACB 4.120

Sơ đồ 4 : Sơ đồ phân bố cáp lộ 1

b Lộ 2 Khu tập thể Đại học Sư phạm ( các khu H1, H2 , H13 đến khu H17)

- Số lượng phụ tải :110 hộ gia đình

- Đặc điểm phụ tải : Phụ tải dân cư sinh hoạt, không có sự tham gia của các phụ tải cótính chất công nghiệp

- Mạch cấp điện : hình tia

- Aptomat của lộ : Loại 600V-400A

- Cáp cấp điện sử dụng 2 cáp loại ACB 4x95

+ Cấp cho khu H13 đến H16

+ Từ cột xuất tuyến sử dụng cáp ACB 4x95 cấp tiếp cho các cột phân phối tổng

có chiều dài là 85m Tại các cột phân phối tổng này tiếp tục sử dụng cápACB 4x50 để tới các cột phân phối nhánh trong khu

Sơ đồ phân bố cáp của lộ 2 được thể hiện trên sơ đồ 5

Cáp 4x50mm2 218m

Sơ đồ 5 : Sơ đồ phân bố cáp lộ 2

c Lộ 3 Khu tập thể Đại học Sư phạm (các khu từ H3 đến H12)

- Số lượng phụ tải :115 hộ

- Aptomat lộ : Loại 600V-400A

- Đặc điểm phụ tải : Phụ tải dân cư sinh hoạt, không có sự tham gia của các phụ tải cótính chất công nghiệp

- Mạch cấp điện : hình tia

- Cáp cấp điện sử dụng 2 cáp loại ACB 4x95 :

Cáp thứ nhất : Từ cột xuất tuyến đến các cột phân phối tổng có chiều dài 141m Cáp thứ hai : Từ cột xuất tuyến đến các cột phân phối tổng có chiều dài 286m

- Tại các cột này phân nhánh sử dụng cáp ACB 4x50 cấp điện cho các cột phân phốinhánh

a Đồ thị phụ tải điển hình trong ngày

Ta xây dựng đồ thị phụ tải điển hình trong ngày nhờ việc xác định công suất qua cácthông số dòng điện chạy trên các pha của các lộ

Ta có bảng thông số dòng điện làm việc chạy trên các lộ dây dẫn theo giờ trong ngày(được lấy từ Điện Lực Cầu Giấy), bảng 1.2, 1.3.

Tại các thời điểm t (h), giá trị dòng trung bình chạy trên cả 3 pha là:

trong đó: IA, IB, IC là dòng điện trên 3 pha A,B,C đơn vị: (A): Ampe

Khi đó độ lệch dòng điện trên các pha i so với dòng trung bình được xác định theobiểu thức:

Độ lệch pha lớn nhất tại thời điểm t (h) chính là max (DLP(i)%)

Bảng 2.1 :Bảng thông số dòng điện làm việc chạy qua aptomat tổng hạ áp của trạm

theo giờ trong ngày

bằng phamax (%)

Tiếp bảng 2.1

bằng phamax (%)

Bảng 2.2 : Bảng thông số dòng điện chạy trên các pha của lộ dây dẫn theo giờ trong ngàyDòng điện lộ 1 Độ lêch

max(%)

Dòng điện lộ 2 Độ lêch

max(%)

Dòng điện lộ 3 Độ lêch

max(%)

Dòng điện lộ 1 Độ lêch

max(%)

Dòng điện lộ 2 Độ lêch

max(%)

Dòng điện lộ 3 Độ lêch

max(%)

Dòng điện lộ 2 Độ lêch

max(%)

Dòng điện lộ 3 Độ lêch

max(%)

Khung

giờ IA (A) IB (A) IC (A) IA (A) IB (A) IC (A) IA (A) IB (A) IC (A)

Từ bảng số liệu trên ta có thể tính được công suất trên các lộ và tổng công suất các lộtại từng thời điểm trong ngày theo công thức:

Từ bảng công suất ta có thể xây dựng đồ thị phụ tải theo giờ trong ngày

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

100 200 300 400 500 600 700 800

Biểu đồ 2.1.: biểu đồ phụ tải theo giờ tại phía aptomat tổng

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

50 100 150 200 250 300

Biểu đồ 2.2 : Biểu đồ phụ tải theo giờ của Lộ H3-H12 (Lộ 3)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0

50 100 150 200 250 300

Biểu đồ 2.3 :Đồ thị phụ tải theo giờ của Lộ H1, H2, H13-H17 (Lộ 2)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

50 100 150 200 250

Biểu đồ 2.4 :Biểu đồ phụ tải theo giờ của lộ 1

b Phân tích đồ thị phụ tải

 Sự mất đối xứng giữa các pha trong lộ:

Ta có đồ thị phụ tải biểu diễn sự mất đối xứng giữa các pha trong các lộ tại các thờiđiểm:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0

5 10

5 10

- Toàn bộ trạm:

+ Dòng trên các pha có sự chênh lệch và dao động trong khoảng 6,3 % đến21,9% , trong khi theo quy định của điện lực sự lệch pha cho phép dưới 15 %(theo thực tế kinh nghiệm vận hành)

+ Tại những thời điểm cao điểm( 11h, 12h, 18-21h) sự lệch pha có xu hướng giảm

và có giá trị thấp nhất Từ 11h-12h dao động 6,4% đến 11,7% Từ 19h đến 21hdao động 5,3 đến 8,8% Mức chênh lệch này nằm trong phạm vi cho phép

+ Tại những khoảng thời gian được coi là những khoảng thời gian làm việc hànhchính, sự lệch pha biến động và gia tăng so với những khoảng thời gian cònlại.Lúc lệch pha cực đại lên tới 21,9 % ( vào lúc 13h), vượt nhiều so với ngưỡngtiêu chuấn cho phép

+ Khoảng thời gian về đêm lúc phụ tải ít biến động và giảm nhanh, độ lệch phađược giữ khá ổn định ở phạm vi tiêu chuẩn cho phép

Lộ 2 và Lộ 3:

+ Mức dao động theo thời gian có xu hướng như ở trên lộ tổng Lúc cao điểm cũng

là lúc mà sự lệch pha đạt giá trị min ( Lộ 2 là 10% và lộ 3 là 13% ).Tuy nhiên ởtrên lộ 3 này có những khoảng thời gian mà độ lệch pha vượt ngưỡng lớn hơnnhiều so với tiêu chuẩn cho phép :có lúc tới 30%

+ Thời gian về đêm:

*Lộ 3: khoảng sau 0h đến trước 4h mức chênh lệch dưới 15% cho phép

*Lộ 2 :chỉ từ khoảng thời gian ( 18h-22h) độ lệch nằm trong giá trị cho phép.Từ 22htrở đi có xu hướng tăng vượt ngưỡng và giữ khá ổn định cho đến sáng

- Với sự xuất hiện sự lệch pha trong dây dẫn sẽ xuất hiện 1 dòng chạy trên dây trungtính ( dòng này thay đổi theo độ gia tăng sự lệc pha ) Dòng trên dây trung tính sẽ làmxuất hiện một lượng tổn thất điện áp trên dây trung tính và trên dây pha như vậy sẽlàm gia tăng tổn thất điện năng trên đường truyền, hơn nữa sự lệch pha sẽ khiến mấtcân đối tải có thể khiến các thiết bị Aptomat tác động khi tổng công suất đặt trên lộchưa đạt đến ngưỡng cắt

Phụ tải max, min trong từng lộ:

Dễ thấy lượng công suất mà phụ tải tiêu thụ là biến động theo thời gian trong ngày và

có sự chênh lệch giữa các lộ.Thời điểm mà phụ tải đạt các giá trị max, min trên các lộ

là không như nhau do có nhu cầu sử dụng và tiêu thụ điện năng khác nhau Ta có thểphân tích cụ thể trên từng lộ:

- Của toàn bộ trạm:

+ Phụ tải tổng thể của trạm đạt giá trị max tại hai thời điểm là vào lúc 11h (650,72kVA)và 19h ( 669,07 kVA) Khoảng thời gian mà phụ tải có giá trị min chính vàokhung giờ 1h đến 4h sáng dao động trong khoảng (240,61 kVA đến 270,05 kVA).Phụ tải tăng nhanh từ 5h sáng tới 7h sáng đạt giá trị 620,32 kVA tiếp đó lại giảm vàduy trì tương đối tới 11h trưa tăng đột biến đạt giá trị max vào ban ngày Sau đógiảm và duy trì tới 17h tăng trở lại , đến 19h đạt giá trị max trong ngày rồi giảmchậm dần đến đêm

+ Có 2 khoảng thời gian lúc phụ tải đạt max và vượt qua ngưỡng công suất địnhmức cúa máy biến áp :

* Khoảng 11h đến 12h ( 650,72kVA- 640,05kVA) quá tải ở mức 1,01% đến 1,03%trong 1h Thời gian quá tải này vẫn nằm trong ngưỡng quá tải cho phép với 1,05%trong 4h khi mức tăng nhiệt độ lớp dầu trên cùng so với không khí trước khi quá tải

là 36o C

* Khoảng 18h đến 20h ( 655,55-669,07-630,05KVA) quá tải ở mức dưới 1,05 %trong 3 tiếng và dưới 1,062 % trong 1 tiếng (Thời gian quá tải ở ngưỡng 1,1 % là1h10 phút khi mức tăng nhiệt độ lớp dầu trên cùng so với không khí trước khi quátải là 36o C ) như vậy vẫn đảm bảo duy trì hoạt động

+ Những khoảng thời gian khác máy hoạt động và duy trì mức công suất ở mức khácao : từ 570 kVA đến 620,32 kVA ( vào mức 90,5 % đến 98,47%)

+ Khoảnh 23h-24h lượng công suất mà máy truyền tải chỉ vào khoảng 380,75 kVAđến 470,05kVA ( 60,44% đến 74,62)

Mặc dù công suất truyền tải của máy biến áp quá tải trong thời gian cho phép nhưng

vì thời gian có tính chu kỳ ngày liên tục và thời gian công suất duy trì ở mức cao90,5% trở lên chiếm 18 h trong một ngày nên sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của máybiến áp, khả năng truyền tải , già hóa dầu máy biến áp nhanh

 Mất cân bằng công suất giữa các lộ:

Công suất truyền tải máy biến áp phân bố không đồng đều trên 3 lộ của nó , mặc dùtrên cả 3 lộ đều được thiết kế để sử dụng aptomat loại 400A

Dựa vào dòng điện chạy trên các pha ở các lộ ta cũng thấy rằng công suất tiêu thụtrên các pha ở lộ 2 và lộ 3 nhiều thời điểm gần đến ngưỡng quá tải (gần ngưỡng tácđộng của aptomat) Đặc biệt vào những khoảng thời gian cao điểm ở hai lộ 2 và 3phụ tải có xu hướng tăng trong khi trên lộ 1 lại có xu hướng giảm vì là giờ nghỉ

+ Công suất phân bố nhiều hơn và có giá trị gần như tương đương nhau trên 2 lộ là

lộ 2 và lộ 3 (cả hai lộ này đều tập trung là tải hộ dân cư và 1 nhánh là tải có tínhkinh doanh) Lộ 1 cấp cho khu hành chính Điện Lực Cầu Giấy và trường NguyễnTất Thành có công suất tiêu thụ tối đa chỉ hơn 1 nửa so với 2 lộ còn lại

+ Sự phân bố này sẽ khiến đường dây truyền tải lộ 2 và lộ 3 chịu ảnh hưởng nhiềuhơn so với lộ 1

+ Khi xuất hiện thêm sự tăng tải ở hai lộ 2 và 3 mà sự phân chia tải lại thuộc những pha có dòng công suất cao sẽ dễ dàng khiến Aptomat tác động trên lộ đó ảnh

hưởng đến khả năng cung cấp điện và độ tin cậy của hệ thống

+ Giả sử như ta có thể phân bớt 1 phần công suất ở hai lộ 2 và 3 san sẻ tới lộ 1 thì

có thể khắc phục tình trạng trên

2.1.4 Phân tích về các nguồn dự phòng có trong lưới điện của trạm

Hiện tại trạm Dịch Vọng 22 mới chỉ được cung cấp điện từ một nguồn duy nhất đó là

từ phía 22kV của trạm 110kV Nghĩa Đô Tuy nhiên tại công ty điện lưc Cầu Giấy cònđược cung cấp điện từ phía trạm Cầu Giấy 8 làm nguồn điện dự phòng; qua khảo sát tacũng thấy tại một số hộ gia đình có trang bị các mát phát điện dự phòng, sẵn sàng cungcấp điện cho các hộ khi mất nguồn điện lưới

Nếu thực hiện được việc kết nối giữa nguồn điện lưới với các nguồn phân tán tại các

hộ gia đình sẽ tạo thành một hệ thống điện thông minh- một xu hướng mới cho sự pháttriển của hệ thống điện trong tương lai

2.1.5 Kết luận về phụ tải trạm Dịch Vọng 22

Qua sự phân tích phụ tải trạm Dịch Vọng 22 ta nhận thấy trạm có khả năng cung

cấp điện liên tục cho các phụ tải tuy nhiên vào hai thời điểm sáng và tối, công suấtcủa máy biến áp vượt quá định mức, điều này sẽ ảnh hưởng không tốt tới tuổi thọ

của máy biến áp và chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ Ngoài ra, sựlệch pha giữa các lộ cung cấp điện của trạm vẫn còn tương đối lớn, gây ra mộtlượng tổn thất điện năng không nhỏ; đồng thời hệ thống bù của trạm mới chỉ đượclắp đặt và chưa đi vào sử dụng gây ra sự lãng phí Nếu thực hiện được các giải phápnhằm điều khiển tối ưu công suất trạm sẽ cải thiện được đáng kể chất lượng điệnnăng cung cấp cho phụ tải.

2.2.1 Xác định mục đích của lưới thông minh cho trạm biến áp Dịch Vọng 22.

Lưới điện thông minh là tích hợp cơ sở hạ tầng bao gồm các thiết bị đóng cắt, đođếm hiện đại, tích hợp với hệ truyền thông và điều khiển giám sát từ xa bằng các phầnmềm và các phần tử tự động tương thích nhằm sử dụng điện hiệu quả, tiết kiệm, tincậy, khai thác hợp lý các nguồn điện phân tán, đáp ứng nhanh trong mọi tình huống Trạm biến áp Dịch Vọng 22 theo hướng lưới thông minh thì cần thiết phải đạt đượccác mục đích sau:

I Yêu cầu Phần trạm điện

1) Thông báo, giám sát trạng thái trạm (hiện tại mới thể hiện chỉ số; công tơ điện

cơ tại trạm)

Bao gồm:

- Điện áp, dòng điện từng pha, chỉ số công tơ tổng 3 pha;

- Điện áp, dòng điện từng pha, trạng thái đóng cắt đối với mỗi nhánh;

Mục đích là hiện thường xuyên trên màn hình dạng sơ đồ một sợi, các giá trị, thểhiện trạng thái đóng cắt trên màn hình máy tính tại Trung tâm điều khiển đặt tạiCông ty Điện lực Cầu giấy và lưu trữ Từ các thông báo này người vận hành có các

xử lý khi cần thiết

2) Điều chỉnh tụ bù

Căn cứ cos ϕ và điện áp trên thanh cái hạ áp điều chỉnh dung lượng bù, cải

thiện chất lượng điện cho toàn lưới hạ thế Đích đạt được giá trị cos ϕ

đạt trên0,85 Dự tính bù với công suất phản kháng tối đa Q = 40 kVAr

3) Đóng, cắt tự động Áp tô mát tổng, nhánh tại trạm:

- Đóng, cắt bằng điều khiển từ xa theo chương trình điều khiển trên màn hình

máy tính;

- Cắt tự động của Áp tô mát khi quá dòng, khi sự cố ngắn mạch;

- Tự động đóng lại sau khoảng thời gian nào đó sau sự cố để khẳng định chính

xác sự cố;

II Phần lưới

1) Cân đối giá trị dòng pha

Cân đối giá trị dòng các pha trên cơ sở công suất của các phụ tải Điều chỉnh

phụ tải để cân đối giá trị dòng các pha của một xuất tuyến được xét bởi nhóm phụtải của toàn rẽ nhánh Việc cân đối dòng các pha được thực hiện bằng sự thay đổiđấu nối các pha của cáp nhánh vào các pha của trục xuất tuyến Tại rẽ nhánh chuyểnđổi đấu vào pha của trục xuất tuyến để đảm bảo cân đối giá trị dòng các pha, gọi tắt

là cân đảo pha

Trong phạm vi đề tài, chọn 04 rẽ nhánh (gọi từng rẽ nhánh ở đây chính là phụ

tải nhánh) thuộc một xuất tuyến có độ chênh lệch giá trị dòng nhánh lớn nhất Đíchđạt được là giá dòng các pha của xuất tuyến đã lựa chọn không lệch nhau quá phạm

vi cho phép (khoảng 15%, số liệu thay đổi được theo cài đặt của người điều hành).Khi độ lệch giá trị dòng điện pha vượt quá giá trị này thì quá trình chuyển mạchmới được thực hiện

2) Xác định vùng sự cố để khắc phục kịp thời

Lưới hạ thế bao gồm trục xuất tuyến và các cáp rẽ nhánh, khi sự cố bất cứ điểm

nào trên trục xuất tuyến hay sự cố thì chỉ rẽ nhánh đó bị loại mà thôi, phần các cápnhánh còn lại vẫn có điện bình thường Khi nào hết sự cố thì điện lại được cấp trởlại

Mục đích 3 trong phần trạm đóng cắt tự động Áp tô mát tại trạm khi có sự cố trên

các trục xuất tuyến Với mục đích khoanh vùng sự cố và loại bỏ chúng ở phần lướinày thực chất là đóng cắt cắt tự động các Áp tô mát tại đầu các cáp rẽ nhánh với cácnội dung tương tự như mục đích 3 phần trạm

Để thực hiện được mục đích này tại các rẽ nhánh nhất thiết phải trang bị Áp tô

mát, công tơ thông minh có điều khiển từ xa

III) Phần phụ tải

1) Điều khiển quản lý nhu cầu sử dụng điện cho 03 phụ tải rẽ nhánh và 01 phụ tải

dùng để chuyển mạch và cân bằng pha

Với 03 công tơ loại thông minh và các áp tô mát có điều khiển từ xa đặt tại 3đầu cáp rẽ có thể thao tác đóng cắt tự động phụ tải nhánh theo mong muốn

2) San bằng đồ thị phụ tải

- Nhờ điều khiển quản lý nhu cầu sử dụng điện 03 phụ tải rẽ nhánh có thể khống

chế sử dụng các thiết bị điện công suất lớn như điều hòa, bình nóng lạnh vào các giờcao điểm, dịch chuyển công suất phụ tải sang những giờ thấp điểm Trước hết làthông báo, rồi cảnh báo để tạo cho các hộ có ý thức: không đóng điện các thiết bịđiện công suất lớn vào những giờ cao điểm

- San tải sang trạm khác vào giờ cao điểm Đề tài thực hiện chuyển nguồn tựđộng cho Công ty điện lực cầu giấy

IV) Nguồn điện phân tán

Tùy mức công suất của nguồn điện phân tán: máy phát diesel, bộ pin mặt trời,

mà lắp đặt chúng tại trạm (khi nguồn phân tán công suất lớn) hay tại cáp rẽ nhánh(khi nguồn phân tán công suất vừa) hay tại hộ/nhóm hộ tiêu thụ (khi nguồn phân táncông suất nhỏ) Phương thức huy động công suất các nguồn phân tán này có hai nhưsau:

1) Hỗ trợ công suất giờ cao điểm

2) Cấp điện thay thế khi sự cố

Dự kiến tham gia trong cấu trúc lưới thông minh trạm Dịch vọng 22kV có hai

nguồn phân tán: Pin mặt trời 1KW, máy phát Diesel 5 kW Hai nguồn này đặt tạiCông ty Điện lực Cầu giấy

2.2.2 Cấu trúc cơ cấu lưới điện thông minh

Suất phát từ các mục đích được đặt ra, cấu trúc lưới điện thông minh được đề suất

ít nhất phải thỏa mãn các yếu tố sau:

1 Chọn thiết bị cho TBA

 01 aptômát tổng ba pha (1000 A) điều khiển từ xa,

 04 aptômát nhánh ba pha (02 áp to mát 500 A & 02 áp tô mát 250 A) điều khiển

từ xa,

 05 công tơ điện tử ba pha (01 công tơ tổng & 04 công tơ các nhánh),

 Truyền thông/điều khiển từ phòng điều độ đặt tại ĐL Cầu giấy

 Tụ bù điều khiển tự động dung lượng bù theo yêu cầu hệ số cosφ (Dự tính bù công suất phản kháng tối đa là Q = 40 kVAr)

2 Chọn 03 phụ tải, trong đó:

 01 phụ tải là Điện Lực Cầu Giấy,

o 01 công tơ điện tử 3 pha

o 01 nguồn dự phòng (bộ phát điện diesel)

o 01 Bộ chuyển mạch ATS cho phép cung cấp điện cho phụ tải ĐL Cầu Giấy từ 1 trong 3 nguồn: 2 nguồn lưới (Dịch Vọng 22 & Cầu Giấy 8) và nguồn diezel

 02 phụ tải trên lộ đường dây tải (ở đây, mỗi tia rẽ ra từ lộ chính coi như là 1 phụtải) yêu cầu thỏa mãn:

o Công tơ điện tử 3 pha cho mỗi phụ tải, cho phép đo đầy đủ các thông tin về U, I, P, Q, cosφ,

o Thiết bị đóng cắt điều khiển từ xa cho mỗi pha, thỏa mãn 2 yêu cầu:

 Đóng/cắt pha bị sự cố, (chỉ pha bị sự cố)

 Cho phép chuyển mạch giữa các pha (A, B, C) tự động theo yêu cầu (phải thỏa mãn các yêu cầu về an toàn)

3 Yêu cầu về truyền thông:

a Nhận tín hiệu (thông số) của các công tơ và trạng thái đóng/cắt của các thiết bị đóng cắt của phụ tải và trạm biến áp

b Truyền tín hiệu điều khiển từ trung tâm (đặt tại ĐL Cầu Giấy) đến thiết

bị đóng cắt trên lưới và thực hiện các lệnh đóng cắt hay chuyển pha theo yêu cầu

4 Yêu cầu về phần mềm điều khiển :

a Giao diện : Thể hiện theo sơ đồ hình cây đúng như sơ đồ thực tế của lướiđiện, hiển thị online các thông số và trạng thái đóng/cắt của từng phần tử

b Thuật toán: do nhóm nghiên cứu đảm nhận cung cấp

c Tính năng điều khiển của phần mềm: Thực hiện các lệnh một cách tự động theo thuật toán hay điều khiển theo thao tác của người vận hành,

Có các biện pháp an toàn loại bỏ toàn bộ phần mềm nếu xảy ra lỗi hệ thống

 06 aptomat trong đó có 01 aptomat tổng và 05 aptomat nhánh được nắp trên cácpha và trên lộ 2, nguồn dự phòng

 19 bóng đèn led dùng để báo trạng thái của máy cắt, aptomat, các cấp tụ bù &các khóa chuyển mạch

 03 bóng đèn sợi đốt dùng làm tải trở cho mô hình

 03 quạt gió dùng làm tải cảm cho mô hình

 14 nút ấn dùng khi mạch hoạt động ở chế độ bằng tay

Bên trong gồm:

 02 Vi điều khiển PIC 16F877A

 01 cảm biến nhiệt độ của máy biến áp :DS18B20

 03 IC cảm biến đo dòng điện trên từng pha : ACS712

 01 cổng tương thích mức điện áp: RS232 giữa PC với Vi Điều Khiển

 01 cổng COM loại 9 chân

 01 còi báo sự cố

 01 IC biến đổi điện áp xoay chiều về 5VDC để cấp nguồn cho VĐK : LM7805

 12 opto 4N35 : dùng để cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển

 01 bộ ghép kênh được điều khiển bằng kĩ thuất số chuyển mạch:74VHC4051N

 01 ULN2803 : IC đệm dòng

3.2 3.2.1.Vi điều khiển Pic 16F877A

 PIC là viết tắt của cụm từ “ Programable Intelligent computer ”: có nghĩa làmáy tính thông minh có khả năng lập trình, do hang Genenral Instrument đặttên cho vi điều khiển đầu tiên của họ,

 PIC 16F877A là loại vi điều khiển 8bit tầm trung của hãng Microchip

 PIC 16F877A có cấu trúc Havard, chỉ sử dụng tập lệnh kiểu RISC ( ReducedInstruction Set Computer), chỉ với 35 lệnh cơ bản Tất cả lệnh được thực hiệntrong một chu kỳ lệnh ngoai trừ các lệnh rẽ nhánh

 PIC16F877 là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầuhết tất cả các ứng dụng thực tê

 PIC16F877 thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx có đặc tính sau :

 Tất cả các câu lệnh thực hiện trong 1 chu kì ngoại trừ 1 số câu lệnh rẽ nhánhthực hiện trong 2 chu kì lệnh Chu kì lệnh bằng 4 chu kì dao động của thạchanh

 Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 word, với khă năng ghi xóa khoảng 100ngàn lần

 Bộ nhớ Ram 368x8byte

 Bộ nhớ EFPROM 256x8byte

 Khả năng ngắt lên tới 14 nguồn cả ngắt trong và ngắt ngoài

 Ngăn nhớ Stack được chia làm 8 mức

 Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp

 Dải điện thế hoạt động rộng : 2V đến 5.5V

 Nguồn sử dụng 25mA

 Công suất tiêu thụ thấp : < 0.6mA với 5V, 4MHz

 Có 3 timer : timer 0, 8bit chức năng định thời và bộ đếm với hệ số tỷ lệ trướctimer 1, 16 bit chức năng bộ định thời , bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước, kích hoạtchế độ Sleep timer 2, 8 bit chưc năng định thời và bộ đếm với hệ số tỷ lệ trước

và sau

 Có 2 kênh Capture/ so sánh điện áp điều chế độ rộng xung PWM 10bit

 Có 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

 Cổng truyền thông nối tiếp SSP với SPI phương thức chủ và I2C Bộ truyềnnhận thông tin đồng bộ, dị bộ có khả năng phát hiện 9 bit địa chỉ

 Cổng phụ song song với 8 bit mở rộng với RD,RW và CS điều khiển.sơ đồ 7: sơ

Sơ đồ 7: sơ đồ các chân của pic 16F877A

Các chân và chức năng của vi điều khiển PIC16F877A

PIC 16F877A: gồm 40 chân và được chia thành 5 Port

Port A: gồm 6 I/O (RA0=>RA5): đây là các chân hai chiều, nghĩa là có thể nhập và

xuất được, chức năng này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA( địa chỉ 85h), muốnxác lập chức năng một chân trong PortA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng vớichân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng một chân trongPortA là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghiTRISA, thao tác này hoàn toàn tương tự với các Port và các thanh ghi tương ứngTRIS, bên cạnh đó PortA còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog, ngõvào xung clock của Timer0 và ngõ vào bộ gia tiếp MSSP

Các thanh ghi SFR liên quan tới PortA bao gồm:

Port B: gồm 8 I/O (RB0=>RB7): thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB,

bên cạnh đó một số chân của portB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trìnhcho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau, PortB còn liên quan đến ngắt ngoại vi

và Timer0, , PortB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều điều khiểnbởi chương trình

Các thanh ghi SFR liên quan tới PortB bao gồm:

OPTION_REG(địa chỉ 81h, 181h) :điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0

Port C: gồm 8 I/O (RC0=>RC7): thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC,

bên cạnh đó PortC còn chứa các chân của bộ so sánh , bộ Timer1, bộ PWM và cácchuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART

Các thanh ghi điều khiển liên quan tới PortC bao gồm

Port D: gồm 8 I/O (RD0=>RD7):thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISD,

PortD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP

Các thanh ghi liên quan tới PortD bao gồm:

Port E: gồm 3 I/O (RE0=>RE2):thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE

Các chân của PortE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PortE còn là chân điều khiển củachuẩn giao tiếp PSP

Các thanh ghi liên quan tới PortE bao gồm:

&1 chân Reset, 2 chân tạo dao động thạch anh & 4 chân nguồn.

điện áp lập trình khi lập trình cho pic

chuẩn thấp của bộ AD/ngõ vào điện áp chuẩn cao của bộ AD

của bộ AD

 Chân số (6):xuất nhập số/ngõ vào xung clock bên ngoài cho timer0/ngõ ra bộ sosánh 1

phụ/ngõ ra bộ so sánh 2

thứ 6

clock từ bên ngoài

ngoài timer1

capture2,ngõ ra PWM2

SPI/ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra của chế độ I2C

 Chân số (37)&(38): xuất nhập số

Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A

Hình 3.1: Cấu trúc bên trong của PIC 16F877Như đã nói ở trên , vi điều khiển PIC có kiến trúc Harvard, trong đó CPU truycập chương trình và dữ liệu được trên hai bus riêng biệt, nên làm tăng đáng kể băngthông so với kiến trúc Von Neumann trong đó CPU truy cập chương trình và dữ liệutrên cùng một bus

Việc tách riêng bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu cho phép số bit của từ lệnh

có thể khác với số bit của dữ liệu Ở PIC 16F877A, từ lệnh dài 14 bit , từ dữ liệu 8 bit

PIC 16F877A chứa một bộ ALU 8 bit và thanh ghi làm việc WR(working register)

ALU là đơn vị tính toán số học và logic, nó thực hiên các phép tình số và đại sốBoole trên thanh ghi làm việc WR và các thanh ghi dữ liệu ALU có thể thực hiện cácphép cộng, trừ, dịch bit và các phép toán logic

* Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dunglượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0 đếnpage 3) Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năngchứa được 8*1024 = 8192 lệnh (vìmột lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14bit)

Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chươngtrình có dung lượng 13 bit (PC<12:0>)

Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h(Resetvector) Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chươngtrình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h(Interruptvector)

Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóabởi bộ đếm chương trình Bộ nhớ stack sẽ đượcđề cập cụ thể trong phần sau