Đồ án lưới điện thông minh đề tài thiết xứng

Đồ án lưới điện thông minh Dữ liệu kỹ thuật: Các chế độ hoạt động: • Theo hai hướng • Chế độ STATCOM • Kết nối máy phát đồng bộ, tua bin gió hộ tiêu thụ • Ghép nối lưới điện với tần số khác • Hỗ trợ lỗi ride-through • Tạo điện áp xoay chiều với sóng hai thấp sử dụng biến tần IGBT • Điều khiển cơng suất tác dụng/phản kháng, tần số điện áp tự động • Truyền tải dải cơng suất tác dụng tới kW • Cung cấp dải cơng suất phản kháng tới 0.5 kVAR • Mạch liên kết DC điều chỉnh lên tới ± 370 V DC • CB tích hợp cho kết nối với lưới điện • Cổng USB • Integrated brake chopper • Điện áp kết nối: 3x 400 V, 50/60 Hz • Kích thước: 297 x 460 x 210 mm (H x B x D) • Trọng lượng: 8.3 kg 1.1.2 CO3301-6E: Liên kết truyền tải dòng điện chiều cao áp (HVDC) bao gồm trạm biến đổi chuyển đổi điện áp xoay chiều lưới điện thông thường thành điện áp chiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUI NHƠN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1 Tên đề tài: Thiết xứng

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

 Tổng xứng

 Thiết xứng

 Thiết áp

4 Ngày giao nhiệm vụ: //20

5 Ngày hoàn thành: //20

Bình Định, ngày tháng năm 20

Giáo viên hướng dẫn

Thân Văn Thông

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC BẢNG 4

DANH MỤC CÁC HÌNH 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ CẦU MỘT PHA ĐỐI XỨNG 6

1.1 Sơ đồ 6

1.2 Nguyên lý hoạt động 6

1.3 Một số công thức tính toán 9

1.3.1 Trị trung bình điện áp một chiều trên tải 9

1.3.2 Trị trung bình dòng điện một chiều qua SCR 9

1.3.3 Tính công suất máy biến áp 9

1.4 Đặc điểm 10

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU 11

2.1 Chọn van bộ chỉnh lưu 11

2.2 Thiết kế mạch điều khiển 13

2.2.1 Giới thiệu về vi mạch TCA 785 13

2.2.2 Tính các thông số mạch điều khiển 20

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP 25

3.1 Tính toán các thông số cơ bản của máy biến áp 25

3.2 Tính dây quấn của máy biến áp 27

3.3 Tính kích thước mạch từ 28

3.4 Kết cấu dây quấn của máy biến áp 31

3.4.1 Kết cấu dây quấn sơ cấp của máy biến áp 31

3.4.2 Kết cấu dây quấn thứ cấp của máy biến áp 32

3.5 Tính khối lượng của sắt và đồng 33

3.6 Tính các thông số của máy biến áp 35

KẾT LUẬN 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

3

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1

Hình 2.2

Hình 2.3

Hình 2.4

Hình 2.5

Hình 2.6

Hình 3.1

Hình 3.2

5

CHƯƠNG 1: DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP

1.1 Thiết bị:

Bộ thiết bị:

2 A

1 SO4001-3H Phần mềm SCADA Viewer

30 SO5126-9Y Phích cắm kết nối an toàn (đầu nối), 19/4 mm, màu đen

10 SO5126-9R Phích cắm kết nối an toàn , 19/4 mm, có đầu nối, màu đen

10 SO5126-9W Phích cắm kết nối an toàn , 19/4 mm, màu xanh/vàng

Hai trạm chuyển đổi luôn luôn cần cho sự hoạt động

7

Dữ liệu kỹ thuật:

Các chế độ hoạt động:

• Theo cả hai hướng

• Chế độ STATCOM

• Kết nối các máy phát đồng bộ, tua bin gió và hộ tiêu thụ

• Ghép nối giữa các lưới điện với các tần số khác nhau

• Hỗ trợ lỗi ride-through

• Tạo ra điện áp xoay chiều với một sóng hai thấp sử dụng một bộ biến tầnIGBT

• Điều khiển công suất tác dụng/phản kháng, tần số và điện áp tự động

• Truyền tải dải công suất tác dụng tới 1 kW

• Cung cấp dải công suất phản kháng tới 0.5 kVAR

• Mạch liên kết DC có thể điều chỉnh lên tới ± 370 V DC

• CB tích hợp cho sự kết nối với lưới điện

Cả hai trạm chuyển đổi luôn luôn cần thiết cho sự hoạt động

Dữ liệu kỹ thuật:

Các chế độ hoạt động:

• Theo cả hai hướng

• Chế độ STATCOM

• Kết nối các máy phát đồng bộ, tua bin gió và hộ tiêu thụ

• Ghép nối giữa các lưới điện với các tần số khác nhau

• Hỗ trợ lỗi ride-through

• Tạo ra điện áp xoay chiều với một sóng hai thấp sử dụng một bộ biến tầnIGBT

• Điều khiển công suất tác dụng/phản kháng, tần số và điện áp tự động

• Truyền tải dải công suất tác dụng tới 1 kW

• Cung cấp dải công suất phản kháng tới 0.5 kVAR

• Mạch liên kết DC có thể điều chỉnh lên tới ± 370 V DC

• CB tích hợp cho sự kết nối với lưới điện

1.1.3 CO3212-5U:

Nguồn cấp điện áp đường dây cho công suất DC, AC, 3 pha và cho sự kích từcủa động cơ đồng bộ Nguồn cấp điện được thiết kế đặc biệt để sử dụng với các máyđiện

Thông số kỹ thuật:

Đầu ra:

o Ba pha: L1, L2, L3, N có thể được nối qua các chân cắm an tòa 4-mm

o Dòng điện DC: 0 240 V DC, thay đổi, ôn định và bảo vệ điện tử chốnglại sự quá tả và ngắn mạch

o Dòng điện đầu ra: 3 10 A (Giới hạn dòng điện có thể điều chỉnh)

Điện áp DC thứ hai: 210 V DC, 6 A, Điện áp cố định

Thiết bị bảo vệ:

o Sự bảo vệ động cơ công tắc điều chỉnh từ 6.3 16 A

o Nhảy điện áp thấp

o Ngắt kết nối an toàn

Kết nối mạng chính: 3x 230/400 V, 50 Hz qua phích cắm CEE có dây dẫn1.8 m

• Kết nối điện lưới: 230/400 V, 50/60 Hz

• Điện áp đầu ra: 3x 0 đến 450V, 50/60 Hz, có điều chỉnh thông qua máy biến

áp biến thiên 3 pha (0.5% tolerance)

• Đầu ra DC 0 250 V

• Dòng điện đầu ra 2.0 A

• Các chân an toàn 4-mm (L1, L2, L3, N, PE )

• 1 Voltmeter 0 đến 450 V (thiết bị đo lõi sắt di chuyển)

• 1 Ammeter 0 đến 3 A (thiết bị đo lõi sắt di chuyển)

• 3 đèn hiển thị pha

• 1 công tắc chuyển đổi điểm đo L1-N, L2-N, L3-N, L1-L2, L1-L3, L2-L3

• 1 công tắc chuyển đổi điểm đo I1, I2, I3

• Cầu chì: 3 công tắc bảo vệ thiết bị từ trường nhiệt

Công tắc bảo vệ động cơ, có thể thay đổi từ 1.6 đến 2.5 A, có kích hoạt thấp áp

• Vỏ đặt lên bàn có chân đế

11

1.2 Các ưu điểm của truyền tải điện bằng dòng điện một chiều:

Sự phát triển của các mạng điện kết nối quốc gia và quốc tế đã đòi hỏi phải cómột khoảng cách tương đối dài trong một số trường hợp Trong trường hợp điện bapha, điều này đã dẫn đến những vấn đề về độ ổn định do các góc điện áp khác nhaugiữa đầu và cuối của đường dây Hơn nữa, một đường dây tạo ra hoặc tiêu thụ côngsuất phản kháng tùy thuộc vào tải trên đường dây thấp hay cao Trường hợp sau cómột tác động đặc biệt bất lợi khi sử dụng cáp Do dung kháng tương hỗ cao của chúng,các tuyến cáp mà không có các phương tiện bù phức tạp có thể được thiết lập chỉ vớichiều dài khoảng 80 km Ở độ dài tới hạn này, dòng điện sạc đạt được giá trị của dòngđiện cáp liên tục, do đó hoàn toàn không có nguồn điện năng nào có thể truyền đượccho người tiêu dùng nữa

Do đó, các nỗ lực đã được thực hiện ở giai đoạn trước để sử dụng điện áp DC cao

để truyền tải điện Các vấn đề lớn nhất ở đây là các bộ chỉnh lưu và biến tần, thường

sử dụng các van hồ quang thủy ngân Nó chỉ là công nghệ bán dẫn hiện đại, kể từ

hơn trong khoảng cách khoảng 600 km trở lên bằng cách sử dụng dòng điện một chiều.

Sử dụng cho mục đích này là thyristors và, bây giờ thỉnh thoảng, các bóng bán dẫn đặcbiệt Để quản lý các điện áp cao khác nhau, với một MV và các dải dòng điện khácnhau, với một vài kA, cần phải vận hành nhiều linh kiện bán dẫn riêng lẻ trong các kếtnối nối tiếp và song song Tuy nhiên, chi phí cao của các trạm chuyển đổi ở hai đầucuối được bù lại bằng các khoản tiết kiệm có thể đạt được bởi các đường dây trên mộtkhoảng cách dài

Dòng điện một chiều cao áp (HVDC) có một số ưu điểm đáng kể so với côngnghệ ba pha thông thường:

• Với các chi phí có thể so sánh về dây và vật liệu cách điện, DC có khả năngtruyền tải công suất cao hơn dòng điện ba pha (điều này sẽ được chứng minh địnhlượng sau này)

• Liên quan đến việc sử dụng cáp cho đường truyền, không có tổn thất điện môinào góp phần làm nóng cáp trong trường hợp hệ thống ba pha

• Các mạng sử dụng các tần số và phương pháp điều khiển công suất/tần số khácnhau có thể được kết nối với nhau, một điều không thể xảy ra trong trường hợp kết nối

ba pha Một người nói về sự kết nối chặt chẽ nếu không có đường dây nào giữa haitrạm chuyển đổi

• Bởi vì chỉ công suất tác dụng mới có thể được truyền qua cáp DC, thực tếkhông có tăng công suất ngắn mạch của lưới ba pha nếu nó được kết nối theo cách nàyđến một mạng khác (hoặc một bộ cấp nguồn công suất cao)

• Nếu một trong hai dây dẫn được sử dụng để truyền DC bị đứt, một nửa côngsuất vẫn có thể được truyền miễn là điểm giữa của mạch được nối đất Các tùy chọnmạch khác nhau được giải thích sau

Mặt khác, cũng có một số nhược điểm:

• Cho đến nay, công nghệ HVDC đã được sử dụng để chỉ nhận ra các kết nốiđiểm tới điểm, nhưng không có các mạng lưới dạng mắt lưới nào như những mạngđược nhận ra với dòng điện ba pha Không có sẵn cho các điện áp và dòng điện cao làcác chuyển mạch phức tạp giống như các thiết bị chuyển mạch được sử dụng cho côngnghệ ba pha

13

• Ngoài ra bất lợi là các yêu cầu của bộ chuyển đổi điều khiển công suất phảnkháng và sự chuyển mạch trong các hệ thống HVDC "cổ điển" Các yêu cầu này phảiđược thực hiện bằng pin tụ điện và/hoặc máy điện đồng bộ ở cả hai trạm Tuy nhiên,không cần phải có công suất phản kháng chuyển mạch nếu các bộ chuyển đổi tựchuyển mạch với IGBT được sử dụng thay cho các thyristor.

• Bộ mạch lọc phải được cài đặt để ngăn chặn sóng hài

1.3 Khảo sát dòng công suất trong trường hợp khớp cứng (close coupling): 1.3.1 Mục đích thí nghiệm:

 Xác định sự hoạt động của cả hai trạm chuyển đổi trong trường hợp của điều khiển công suất tác dụng

1.3.2 Các chỉ dẫn lắp ráp:

Đấu dây lên mạch theo sơ đồ lắp đặt và nối dây

• Bật các trạm biến tần CO3301-6D và CO3301-6E

• Bật nguồn cung cấp ST8008-4S thông qua công tắc bảo vệ động cơ để điện ápnguồn được cung cấp

• Thiết lập điện áp nguồn qua núm xoay tới 400 V, UL1-L2

• Kết nối điện áp lưới điện cho trạm 2 tới bộ nguồn cung cấp CO3212-5U thông

• Mở thiết bị POWER CONTROL.

• Cài đặt PWM CLOCK tới 15kHz

• Kích hoạt nút ENABLE Cả hai trạm tự động kết nối tới mạng và đạt được các

giá trị điểm đặt đã xác định

• Cài đặt các giá trị công suất như trong bảng sau đây, và xác định các công suấttác dụng tương ứng với các điểm đặt

Công suất điểm đặt luôn luôn tác động trên trạm 2

Chú ý: Nếu bạn có bất kỳ vấn đề nào trong việc vận hành các thiết bị đo thì hãy

sử dụng chức năng help trong phần mềm này.

1.3.3 Kết quả thí nghiệm:

Công suất AC đáp ứng với các công suất điểm đặt âm như thế nào?

Các dòng năng lương từ trạm 2 tới trạm 1.``

Các dòng năng lương từ trạm 1 tới trạm 2

Ở một công suất điểm đặt là 0%, công suất AC tiêu thụ bởi trạm 1 là tương đương với?

15

Sự tổn thất của cả hai trạm chuyển đổi.

Sự tổn thất của cả trạm chuyển đổi 1

Sự tổn thất của cả trạm chuyển đổi 2

Công suất AC đáp ứng với các công suất điểm đặt dương như thế nào?

Trạm 2 tiêu thụ công suất theo giá trị điểm đặt Trạm 1 xuất ra mộtcông suất tác dụng nhỏ hơn do nhu cầu bù tổn thất của trạm này

Trạm 2 tiêu thụ công suất theo giá trị điểm đặt Trạm 1 xuất ra mộtcông suất tác dụng nhỏ hơn do nhu cầu bù các thảnh phần điện cảm củalưới điện

Trạm 2 tiêu thụ công suất theo giá trị điểm đặt Trạm 1 xuất ra mộtcông suất tác dụng nhỏ hơn do nhu cầu bù các thảnh phần điện dung củalưới điện

Tại công suất điểm đặt là -100%, xác định các sơ đồ phasor cho cả hai trạm chuyển đổi.

Tại công suất điểm đặt là +100%, xác định các sơ đồ pha cho cả hai trạm chuyển đổi

17

Cái gì được nói đến về các sơ đồ pha?

Dòng điện và điện áp ở trạm chuyển đổi feeding thể hiện một độ

Ở trạm chuyển đổi feeding điện áp điểm đặt ULSC xác định qua

IGBT là dài hơn điện áp lưới

19

CHƯƠNG 2: QUANG ĐIỆN CHUYÊN NGHIỆP: CÁC HỆ THỐNG QUANG ĐIỆN HIỆN ĐẠI TRONG SỰ VẬN HÀNH SONG SONG VỚI LƯỚI ĐIỆN

Chương 2: Em tiến hành đi vào chọn van cho bộ chỉnh lưu, tìm hiểu về cấu tạo,các thông số vi mạch TCA 785 và tính toán thiết kế các thông số của mạch điều khiển.

Chương 3: Em đã tính toán thiết kế máy biến áp cho bộ chỉnh lưu điều khiển sơ

đồ cầu một pha đối xứng

Với vốn kinh nghiệm ít ỏi cùng với thời gian làm đồ án không nhiều, tuy nhiên

với sự nỗ lực cùng sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Thân Văn Thông đã giúp em trong

việc hoàn thành đồ án này Trong quá trình làm đồ án do lượng kiến thức còn hạn chếnên không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp và chỉ bảo tậntình của các thầy cô để em có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình và phục vụ tốthơn cho công việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

21

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Văn Thịnh, Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất, Nhà xuất bản