Điều khiển chế độ làm việc của cụm mạng điện áp thấp
TẠPCHÍKHOAHỌC VÀ CÔNG NGHỆ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG
JOURNAL OF SCIENCE ANDTECHNOLOGY
HUNG VUONG UNIVERSITY
Tập 23, Số 2 (2021): 94-100
Vol. 23, No. 2 (2021): 94-100
ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CỤM MẠNG ĐIỆN ÁP THẤP
Bulatov Yu.N.1, Kryukov A.V.2, Phạm Tuấn Hải3, Trần Duy Hưng3*
1Trường Đại học Quốc gia Bratsk, CHLB Nga
2Trường Đại học Tổng hợp Quốc gia đường sắt Irkutsk, CHLB Nga
3Trường Cao đẳng Công nghiệp Quốc phòng, Phú Thọ
Ngày nhận bài: 07/9/2020; Ngày chỉnh sửa: 25/9/2020; Ngày duyệt đăng: 30/9/2020
Tóm tắt
ài báo mô tả kết quả mô phỏng trên máy tính chế độ làm việc bình thường và khi có sự cố của cụm mạng
điện áp thấp được xây dựng trên cơ sở liên kết điện một chiều. Với kết cấu nêu trên có mang lại được một số
B
ưu điểm sau: Tăng độ tin cậy trong cung cấp điện; tăng chất lượng năng lượng điện; giảm thời gian sụt áp; hạn
chế dòng điện ngắn mạch; là cơ sở để kết nối các nguồn điện một chiều, biến tần không cần chỉnh lưu, các đèn
led, pin mặt trời…; cải thiện điều kiện làm việc của trạm phát điện phân phối. Từ kết quả mô phỏng trên máy
tính có thể đưa ra các kết luận như sau: Nhờ có các thanh dẫn điện một chiều cho phép kết nối các loại nguồn phi
truyền thống, qua đó tăng độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện; liên kết điện một chiều hạn chế đáng kể dòng
điện ngắn mạch; việc thay đổi hệ số điều chế của biến tần cho phép giảm thời gian sụt áp trong cung cấp điện.
Từ khóa: Hệ thống cung cấp điện đường sắt, cụm mạng, chế độ làm việc bình thường và sự cố.
trở nên cấp thiết. Để giải quyết vấn đề nêu trên
có thể sử dụng công nghệ điện một chiều [1] và
hình thành các cụm mạng điện áp thấp [2-4], sơ
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, việc tìm ra phương tiện kỹ thuật
phổ biến có thể liên kết và điều khiển các tổ hợp
năng lượng với các dạng nguồn khác nhau đang đồ của hệ thống được miêu tả ở hình 1.
(TP- trạm biến áp kéo; PL - đường
dây truyền tải; R - chỉnh lưu; I -
nghịch lưu; AR - điều khiển nghịch
lưu tự động; RG - máy phát điện
phân phối; ARV - điều khiển kích
thích tự động; ARTV - điều khiển
tốc độ quay tự động; ES - các bộ
tích trữ năng lượng; FC - pin nhiên
liệu; ASG - máy phát không đồng
bộ; K - bộ chuyển đổi; ASM - động
cơ không đồng bộ; WPP - trạm phát
điện gió; Micro - HPS - các trạm
thủy điện cỡ nhỏ; SG - máy phát
đồng bộ).
Hình 1. Sơ đồ cụm mạng điện áp thấp
*Email: [email protected]
94
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Tập 23, Số 2 (2021): 94-100
Công nghệ thay thế nhằm tích hợp các các nguồn năng lượng tái tạo. Bộ điều khiển
nguồn năng lượng tái tạo có thể được thực cấp hai điều khiển chế độ làm việc của các
hiện với việc sử dụng các bộ định tuyến năng bộ chuyển đổi công suất làm việc song song
lượng [5].
với nhau. Ở đây, công suất của các nguồn
năng lượng tái tạo phụ thuộc rất lớn vào môi
trường xung quanh (tốc độ gió, sự chiếu sáng
của mặt trời,…) do đó cần phải tính toán đến
trong quá trình điều khiển cụm mạng điện.
Thực tế cho thấy, để hiện thực hóa khái
niệm cụm mạng điện trước hết cần phải phát
triển các phương pháp mô phỏng các chế độ
làm việc trên máy tính. Các dữ liệu ban đầu
để xây dựng mô hình cho cụm mạng điện có
thể thu được trên cơ sở phương pháp đồng
nhất song song [6-8]. Các mô hình đầy đủ
của mạng điện bên ngoài có thể thực hiện
được bằng công nghệ tương đương [9].
Trên cơ sở cụm mạng điện có thể giải
quyết một số bài toán sau:
• Tăng cường độ tin cậy cho hệ thống
cung cấp điện do có các nguồn năng lượng
bổ sung;
• Tăng cường chất lượng năng lượng
điện về độ sai lệch, độ sụt giảm, điện áp
không đối xứng và không hình sin;
• Hạn chế dòng điện ngắn mạch bằng
các liên kết điện một chiều;
• Tạo ra giao diện cho phép kết nối các
bình ắc quy dung lượng lớn, các bóng đèn
led, các bộ truyền động động cơ điện không
cần chỉnh lưu…;
2. Phương pháp nghiên cứu
Mô hình mô phỏng dựa trên sơ đồ của cụm
mạng điện áp thấp được biểu diễn ở hình 1. Hệ
thống cung cấp điện cho các phụ tải không kéo
được kết nối với trạm phát điện phân phối công
suất 650 kVA, cung cấp điện cho nhóm tải 1,17
MVA. Công suất của trạm phát điện gió là 160
kVA. Để mô phỏng các trạm thủy điện cỡ nhỏ
sử dụng mô hình máy phát đồng bộ (SG) có
công suất 85 kVA. Bộ truyền động điều chỉnh
[10-11] với các động cơ không đồng bộ công
suất 90 kW được được cấp điện từ thanh một
điện một chiều thông qua biến tần.
• Cải thiện điều kiện làm việc của máy
phát qua đó làm giảm sự sụt áp, điện áp
không đối xứng và không hình sin;
• Có thể tiến hành sạc điện cho ô tô điện
và các thiết bị điện một chiều
Từ sơ đồ ở hình 1 có thể thấy các phụ tải
được cấp nguồn từ bộ biến tần chung, nhờ đó
chất lượng nguồn điện được tăng lên. Nhờ có
thanh dẫn điện một chiều làm đơn giản hóa bài
toán kết nối các bộ tích trữ năng lượng dưới
dạng ắc quy. Việc sử dụng các bộ chỉnh lưu có
điều khiển cho phép kết nối với mạng các trạm
phát điện gió (WPP) với tần số thay đổi.
Để tăng tính linh hoạt cho hệ thống, các bộ
chuyển đổi nguồn được thực hiện theo các mô
đun riêng biệt. Đồng thời yêu cầu công suất
và điện áp phải được hình thành bằng các liên
kết nối tiếp - song song các mô đun nguồn hợp
nhất. Điều này cho phép làm giảm điện áp làm
việc của các mô đun riêng lẻ và sử dụng các
khóa là các transistor trường.
Quá trình mô phỏng được thực hiện
bằng chương trình Matlab, thư viện
SimPowerSystem. Sơ đồ mô hình mô phỏng
cụm mạng điện áp thấp được biểu diễn ở hình
2. Trạm thủy điện cỡ nhỏ được mô phỏng bằng
khối Synchrnous machine và được biểu diễn ở
hình 3. Sơ đồ mô hình trạm phát điện gió với
các máy phát không đồng bộ được miêu tả ở
hình 4. Khối Wind turbine sử dụng các dữ liệu
xấp xỉ của các tuabin gió trục ngang để tính
toán mô men xoắn (Tm) phụ thuộc vào sức gió
(w_Turb). Mô hình động cơ không đồng bộ với
biến tần được biểu diễn ở hình 5.
Hệ thống điều khiển cụm mạng điện được
phân chia thành hai cấp. Bộ điều khiển trung
tâm cung cấp khả năng tối ưu lưu lượng
năng lượng dựa trên các tiêu chí lựa chọn
95
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Bulatov Yu.N. và ctv.
Hình 2. Mô hình mô phỏng cụm mạng điện áp thấp
Hình 3. Mô hình máy phát đồng bộ cho trạm thủy điện cỡ nhỏ
Hình 4. Mô hình máy phát không đồng bộ với tuabin gió
96
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Tập 23, Số 2 (2021): 94-100
Hình 5. Mô hình động cơ không đồng bộ với biến tần
đến 11. Bảng 1 biểu diễn tham số chất lượng
điện, đặc biệt quan trọng đối với các phụ tải
không kéo: Hệ số bất đối xứng chuỗi âm
k2U, hệ số sóng hài kU đối với điện áp giữa
3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Kết quả mô phỏng được biểu diễn dưới
dạng đồ thị phụ thuộc vào thời gian của điện
áp và vận tốc góc, và được biểu diễn ở hình 6 các pha.
Bảng 1. Bất đối xứng và hệ số sóng hài trong mạng điện 0,4 kV
kU,%
Ubc
STT
k2U,%
Chế độ làm việc
Uab
9,55
2,67
Uca
11,95
2,72
1
2
3
4
Khi không có cụm mạng điện và máy phát điện phân phối
Khi có cụm mạng điện
11,75
2,55
10,32
0,4
Khi có cụm mạng điện và máy phát điện phân phối
0,34
0,31
0,34
0,33
0,33
0,30
0,02
Khi có cụm mạng điện và máy phát điện phân phối, và các
nguồn năng lượng phi truyền thống
0,03
Hình 6. Điện áp trên thanh 0,4 kV
97
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Bulatov Yu.N. và ctv.
Hình 7. Điện áp đầu ra của máy phát đồng bộ
Hình 8. Dòng điện stator của máy phát đồng bộ
Hình 9. Điện áp đầu ra của máy phát
không đồng bộ với tuabin gió
Hình 10. Vận tốc góc của động cơ
không đồng bộ
Mô phỏng quá trình chuyển đổi gây ra bởi
Ngoài ra, bài báo còn đưa ra kết quả mô
sự ngắt nguồn cung cấp chính tại thời điểm phỏng chế độ khẩn cấp gây ra bởi sự ngắn
t=3,5s và sau 0,5s thì đóng nguồn cung cấp mạch của hai pha A, B. Quá trình ngắn mạch
trở lại. Kết quả mô phỏng quá trình chuyển xảy ra tại thời điểm t = 0,5s, và kết thúc vào
đổi được biểu diễn ở hình 11.
lúc t = 0,6s. Mô phỏng thực hiện ở hai chế độ
làm việc của cụm mạng điện:
Chế độ làm việc bình thường của cụm
mạng điện;
Chế độ sửa chữa khi các liên kết một
chiều được ngắt, cung cấp điện cho các phụ
tải được thực hiện thông qua đấu tắt (hình 1).
Kết quả quá trình mô phỏng được biểu
diễn ở bảng 2, hình 12, 13.
Hình 11. Điện áp trên các thanh 0,4 kV
trong quá trình chuyển đổi
Bảng 2. Dòng điện ngắn mạch, kA
Chế độ làm việc của cụm mạng điện
Có liên kết một chiều
Dòng ngắn mạch, kA
0,82
Đấu tắt
2,78
239
Chênh lệch, %
98
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Tập 23, Số 2 (2021): 94-100
Hình 12. Dòng điện tại ví trí ngắn mạch
khi có liên kết một chiều
Hình 13. Dòng điện tại ví trí ngắn mạch
khi đấu tắt bộ
Kết quả mô phỏng sự sụt áp trên các thanh
Khi hệ số điều chế của biến tần kMOD là
0,4 kV khi nối thêm các phụ tải với công suất không đổi (hình 14);
50+j30 kV.A tại thời điểm t = 0,5 s. Giá trị
điện áp hiệu dụng giảm khoảng 16% so với
định mức. Mô phỏng được tiến hành với hai
trường hợp:
Khi điều chỉnh hệ số điều chế của biến tần
kMOD (hình 15).
Hình 14. Điện áp trên các thanh 0,4 kV khi sụt áp Hình 15. Điện áp trên các thanh 0,4 kV khi sụt áp
với hệ số điều chế biến tần không đổi kMOD
khi điều chỉnh hệ số điều chế biến tần kMOD
4. Kết luận
Trên cơ sở các kết quả mô phỏng được
tiến hành trên máy tính có thể đưa ra một số
kết luận như sau:
Tài liệu tham khảo
[1] Kovalev V. D., Ivakin V. N. & Fotin V. P. (2006).
Công nghệ mới và triển vọng phát triển ngành
năng lượng điện. Tạp chí Điện lực, 9, 8-15.
[2] Bulatov Yu. N., Kryukov A. V. & Tran Duy
Hung (2015). Các cụm mạng trong hệ thống cấp
điện đường sắt. Irkutsk: IrGUPS, 208с.
Do có các thanh một chiều cho phép kết
nối các nguồn năng lượng phi truyền thống,
ví dụ như các trạm phát điện gió, các trạm
thủy điện cơ nhỏ,... Các nguồn năng lượng
này cho phép tăng độ tin cậy của hệ thống
cung cấp điện không kéo.
Liên kết điện một chiều hạn chế đáng kể
dòng điện ngắn mạch.
Có khả năng giảm thời gian sụt áp trong
hệ thống cung cấp điện gây ra bởi quá trình
khởi động động cơ, kết nối thêm các phụ tải,
thông qua việc điều chỉnh hệ số điều chế của
[3] Bulatov Y., Kryukov A., Nguyen V. H. & Tran
Duy Hung (2019). Fuzzy Controller of Rotation
Angle of Blades of Horizontal-Axial Wind
Power Generation Plant. International Scientific
Conference Energy Management of Municipal
Facilities and Sustainable Energy Technologies
EMMFT 2018. Advances in Intelligent Systems
and Computing. 983. Springer, Cham.
[4] Arsentiev Yu., Bulatov N., Kryukov A. V.,
Kutsyi A. P., Nguyen Van Huang, Cherepanov
A. V. & Tran Duy Hung (2019). Quản lý hệ
biến tần.
99
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Bulatov Yu.N. và ctv.
thống cung cấp điện đường sắt dựa trên công
nghệ lưới điện thông minh. Irkutsk: IrGUPS, .
công suất của trạm biến áp kéo. Tạp chí Izvestiya
Transsib, 1(13), 54-63.
[5] Kryukov A. V. & Arsentiev G. O. (2017). Ứng [9] Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. & Abramov N.
dụng bộ định tuyến năng lượng trong hệ thống
cung cấp điện của đường sắt. Hội thảo Tăng hiệu
quả sản xuất và sử dụng năng lượng ở Siberia.
Irkutsk, 1, 61-65.
A. (2007). Xây dựng mô hình đơn giản hóa hệ
thống điện phục vụ mục đích quản lý vận hành.
Tạp chí Công nghệ hiện đại - Hệ thống phân tích
- Mô hình hóa, 16, 66-71.
[6] Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. & Shulgin M. [10] Konovalov Yu. V. & Dudko A. A. (2014). Khảo
S. (2011). Nhận dạng tham số của máy biến áp
trong tọa độ pha. Tạp chí Công nghệ hiện đại -
Hệ thống phân tích - Mô hình hóa, 4, 141-147.
sát tính chất của việc tạo ra các tổ hợp kỹ thuật
điện. Hội thảo Tăng hiệu quả sản xuất và sử
dụng năng lượng ở Siberia. Irkutsk: IrGUPS, 1,
88-92.
[7] Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. & Shulgin M.
S. (2017). Xác định các thông số của máy biến [11] Abramovich B. N., Konovalov Yu. V., Loginov
áp dựa trên phép đo. Tap chí Hệ thống - Các
phương pháp - Công nghệ, 1(13), 71-79.
A. S. & Charonov V. Ya. (1990). Động cơ điện
và trạm bơm như phụ tải - điều chỉnh công suất
tác dụng và phản kháng. Tạp chí Công nghiệp
dầu mỏ, 5, 9.
[8] Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. & Shulgin M.
S. (2013). Nhận dạng tham số của máy biến áp
MANAGEMENT OF LOW-VOLTAGE NETWORK CLUSTER MODES
Bulatov Yu.N.1, Kryukov A.V.2, Pham Tuan Hai3, Tran Duy Hung3
1Bratsk State University, Russia
2Irkutsk State Transport University, Russia
3Military Industrial College, Phu Tho, Vietnam
Abstract
he article describes the results of computer simulation of normal and emergency modes low-voltage network
cluster constructed on the basis of a direct current insert. With this structure, it is possible to obtain the
T
following positive effects: increased reliability of power supply; improving power quality; reduction of voltage
dips; limiting short circuit currents; creating simple interfaces for the connection of DCsource, static frequency
converters without rectifiers, LEDs, solar battery...; improving working conditions of distributed generation
plants. From simulation results on a computer it possible to draw the following conclusions: the presence of
direct current bus allows us to connect non-traditional sources of electricity; these sources make it possible to
increase the reliability of power supply system; direct current insert significantly limits short-circuit currents;
there is a principal possibility of reducing the duration of voltage dips based on the regulation of the modulation
factor of the inverter.
Keywords: Power supply systems for railways, network clusters, normal and emergency modes.
100
7 trang
9060
Free
Bạn đang xem tài liệu "Điều khiển chế độ làm việc của cụm mạng điện áp thấp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- dieu_khien_che_do_lam_viec_cua_cum_mang_dien_ap_thap.pdf
