bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
viện khoa học thủy lợi
báo cáo tổng kết chuyên đề
nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều tốc
cho các trạm thủy điện

thuộc đề tài kc 07.04:
nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để khai thác và
sử dụng các loại năng lợng tái tạo trong chế biến nông,
lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi trờng
Chủ nhiệm chuyên đề: ThS nguyễn vũ việt
5817-6
16/5/2006
II.1.4. Thông tin từ nớc ngoài 17
II.2. Nghiên cứu mở rộng bộ điều khiển điều tốc lu lợng
thành bộ điều khiển đa tác dụng
19
II.3. Xác định phơng pháp điều chỉnh tua bin 20
II.3.1. Sơ đồ điều khiển 20
II.3.2. Sơ đồ khối chức năng 23
II.4 Thiết kế phần cứng 23
II.4.1 CPU 23
II.4.2 Khối hiển thị 24
II.4.3 Khối đo lờng tần số 25
II.4.4 Khối báo hiệu mực nớc
26
II.4.5 Tín hiệu đóng máy sự cố bên ngoài 26
II.4.6 Các công tác thiết lập giá trị vận hành 27
II.4.7 Khối điều khiển 27
II.4.8 Khối cấp nguồn 28
II.5. Xây dựng phần mềm điều khiển 28
II.5.1 Lựa chọn ngôn ngữ 28
II.5.2 Sơ đồ khối tính toán chính 29
II.6 Chế tạo hoàn chỉnh bộ điều tốc 37
II.7 Xây dựng qui trình vận hành, sửa chữa, bảo dỡng 38
II.8 Đề xuất nâng cao chất lợng thiết bị 38
II.9 Bản vẽ nguyên lý 39
Phần III
Nghiên cứu bộ điều tốc điều khiển phụ tải 40
III.1 Tổng quan 40
III.1.1 Thông tin từ nớc ngoài 40
III.1.2 Lựa chọn phơng án thiết kế 42
III.2 Thiết kế phần cứng 50

phỏt in, c bit l cỏc trm thu in va v nh Nc ta trong vựng nhit i
giú mựa, vi mng li sụng sui dy c, cú tr lng thy nng rt ln. Vic s
dng ngun nng lng ny phc v cho cỏc nhu cu tng lờn khụng ng
ng ca nn
kinh t, cú tỏc dng v nhiu mt, mang li hiu ớch kinh t cao, phự hp vi chớnh
sỏch v nng lng ca nh nc.
ng thi vi vic sn xut v phõn phi in nng, phi chỳ trng nõng cao v
cht lng ca dũng in. Chỳng ta bit rng: Cht lng dũng in c ỏnh giỏ
ch yu qua cỏc i lng i
n ỏp v tn s. Vỡ vy, ngi ta phi ht sc chỳ ý ti
vic m bo n nh in ỏp v tn s ca mng li cung cp in. Mng li in
bao gm nhiu t mỏy phỏt in cỏc loi vn hnh song song cung cp in nng
cho nhu cu ca ph ti, nờn cn cú s phõn phi ph ti h
p lý cho cỏc t mỏy tham
gia h thng v cht lng dũng in ca mng li ph thuc cht lng dũng in
ca tng t mỏy riờng bit; ng thi vic bo m s hot ng an ton ca t mỏy
s gúp phn lm n nh li in.
Trong mt trm phỏt in núi chung, cng nh trong trm thu in núi riờng, ton
b
cỏc nhim v k trờn c thc hin bi mỏy iu tc. Nh vy, vai trũ ca mỏy
iu tc trong trm phỏt in l ht sc quan trng, vi ba chc nng sau:
- n nh tn s dũng in phỏt ra vi mi ch ph ti.
- m bo ch hot ng song song gia cỏc t mỏy phỏt in trong h th
ng.
- m bo dng mỏy khn cp khi xut hin cỏc s c.

Cho n nay, hu ht cỏc thit b trong mt trm phỏt in u phi nhp t nc
ngoi. Ngoi vic phi s dng ngoi t, vic nhp khu cỏc thit b t nc ngoi lm
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi

- Vn tc quay ca t mỏy.
Mun duy trỡ vn tc t mỏy khụng thay i (do ú tn s dũng in khụng i), v
trỏi ca phng trỡnh bng khụng (= 0). Do ú phng trỡnh (1) tr thnh:

const
MM
dt
d
J
ct
=
==


0
(2)
T (2), cú th rỳt ra kt lun: Cú th iu chnh tua bin t tr s vũng quay
khụng thay i bng cỏch m bo iu chnh sao cho luụn t c s cõn bng gia
mụ men do tua bin sinh ra v mụ men cn. Cú th t c iu ny theo 2 cỏch nh
sau:
- iu chnh mụ men trờn trc tua bin Mt sao cho luụn cõn bng vi mụ men cn
ca ph ti Mc. Theo hng ny, ta cú cỏc loi iu t
c iu chnh lu lng vn
thng dựng trong cỏc trm thu in.
.
- Ngc li, iu chnh tng mụ men cn ca ph ti Mc sao cho luụn cõn bng vi
mụ men trờn trc tua bin Mt. Theo hng ny, ta cú loi iu tc iu chnh ph gi
(iu tc ti gi).
I.1.1.1 iu chnh mụ men trờn trc tua bin:
Mụ men sinh ra trờn trc tua bin liờn h vi cụng sut tua bin nh sau:

.
102
(5)
Trong vựng lm vic nht nh ca tua bin, trong mt khong thi gian nht nh,
ct ỏp H khụng thay i, h s tn tht khụng thay i, tc l ta cú th coi H=
Const, =Const. Do vy, khi ú Mt ch cũn ph thuc vo lu lng Q. iu chnh
cho mụ men trờn trc tua bin Mt cõn bng vi mụ men cn ca ph ti Mc ta phi
iu chnh lu l
ng nc qua tua bin. õy chớnh l nguyờn tc iu chnh ca cỏc
mỏy iu tc iu chnh lu lng truyn thng c s dng rng rói nht trong cỏc
trm thu in.
I.1.1.2 iu chnh tng mụ men cn trờn trc tua bin:
Trong cỏc trm thu in ỏp dng loi iu tc kiu ti gi, lu lng Q qua tua bin
s
khụng thay i trong nhng khong thi gian nht nh; tc l tua bin s luụn hot
ng vi mt cụng sut Mt nht nh tng ng vi lu lng ny (theo(5)). Do ph
ti tiờu th luụn thay i, tc l mụ men Mc thay i, nờn phi cú mt ngun ph ti
tiờu th bự vo sao cho t c tng ph ti ca tua bin khụng thay i, do ú t
c s cõn bng theo (2). Ph ti ny thng l cỏc
in tr thun. Nhim v ca
mỏy iu tc kiu ti gi l lm sao gi cho tng ph ti ca tua bin khụng thay i
bng cỏch úng-ngt cỏc ph ti bự núi trờn. Vic úng ngt ny thng do mch in
t v cỏc Thiritstor m nhn, cho nờn loi mỏy iu tc loi ny rt gn nh, d sa
cha, giỏ thnh thp.
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi
5
Tuy nhiờn, cht lng dũng in trong trng hp ny khụng cao nh trng hp
iu chnh lu lng. Trong cỏc trm thy in cụng sut nh hot ng c lp, yờu
cu v cht lng dũng in khụng cao (Dựng thp sỏng, un nu ), thỡ s dng loi

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi
6
(a) iu tc C-Thu lc
õy l loi mỏy iu tc ra i t rt lõu. B phn iu khin l b phn c hc,
nh: con lc li tõm, con lc thu lc; b phn chp hnh l thu lc (secvomotor thu
lc), cỏc b phn khỏc u l cỏc c cu c khớ hoc thu lc.
u im
:
- Cú kh nng iu khin cỏc tua bin thu in cú cụng sut cao.
- Tớn hiu iu chnh l liờn tc.
- bn cao.
Nhc im
:
- H thng cng nhc khú thay i cỏc h s iu khin khi phi iu khin cỏc h
cú nhiu s thay i ln.
- tr ca thit b ln.
- sai lch tnh ln.
Hin nay cỏc nc phỏt trin rt ớt dựng loi ny.
(b) iu tc in -Thu lc
Cng nh loi trờn, loi
iu tc ny cú b phn chp hnh l thit b thu lc, cũn
li b phn cm ng v cỏc b phn khỏc u l thit b in t tng t.
u im:

- Gn nh, d dựng hn b iu tc C - Thu lc
- Kh nng cụng nghip hoỏ cao.
- Tớn hiu iu khin liờn tc.
- m bo nhy, chớnh xỏc iu khin
Nhc im

(e) iu tc in t s - in
Loi iu tc ny cú b phn chp hnh l ng c in, cũn li b phn cm ng
v cỏc b phn khỏc u l thi
t b in t s. Loi iu tc ny cú chung cỏc u
nhc im nh loi mỏy in t s -Thu lc, ngoi tr phn chp hnh l in, phự
hp hn khi ỏp dng trong cỏc trm thy in nh
(4) iu tc iu chnh ph ti

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi
8
Trong thi gian gn õy, bờn cnh cỏc mỏy iu tc kiu truyn thng, ó xut hin
v c ỏp dng nhiu nc trờn th gii loi mỏy iu tc kiu ti gi (Dummy
Load, Electronic Load Control). i vi cỏc trm thu in nh, vic s dng mỏy
iu tc kiu th nht núi trờn s khụng kinh t, vỡ nhiu l m trc ht l giỏ thnh
ch to, kt cu phc tp lm cho chi phớ bo dng vn hnh cao Hoc ti cỏc trm
thu in trờn h thng ti, ni m khụng th tu ý thay i lu lng qua t mỏy;
hoc ti cỏc v trớ m iu kin v dũng chy khụng b hn ch thỡ vic ỏp dng mỏy
iu tc kiu ti gi hon ton l phng ỏn kinh t hn.
õy l loi thi
t b thuc th h mi, nờn hu nh cỏc phn t trong nú u ng
dng cỏc thnh tu ca k thut in t v tin hc.

cơ
thủy lực
Analog DIGITAL
Điện tử
thủy lực
Analog DIGITAL
Điện tử

liu tt. a s cỏc trm thu in nh ny, do khụng cú mỏy iu tc hoc do mỏy
iu tc ó b h hng phi vn hnh bng tay, nờn cht lng dũng in khụng m
bo tiờu chun ho li quc gia, mt khỏc rt d h hng t mỏy khi gp s
c.
Theo iu tra ỏnh giỏ ca chỳng tụi thỡ nhu cu ch to mi, sa cha thay th thit
b iu tc cho cỏc trm thu in nh ó xõy dng l rt ln. Vic ch ng ch to
c mỏy iu tc trong nc s mang li nhiu li ớch v kinh t, xó hi.
I.3 XU HNG CH TO CC LOI MY I
U TC TRấN TH GII.
Ngy nay trờn th gii, khoa hc - k thut phỏt trin vi tc vụ cựng nhanh
chúng. Khong cỏch gia nghiờn cu v ng dng c rỳt ngn rt nhiu so vi cỏc
thp niờn trc. Cỏc thnh tu mi ca khoa hc cụng ngh luụn c ng dng vo
thc t, v qua thc t quay li hon thin hn. Vic ch to thit b iu tc (m thc
t hin nay, l thit b iu khin nhiu tỏc dng) ó ng dng rt nhiu thnh tu ca
khoa hc v iu khin t ng, ca cụng ngh in t tin hc. Nhỡn chung, cú th a
ra mt s nhn xột sau:
1. Hu nh, vic ng dng vi x lý, vi iu khin ó tr thnh ph bin.
u
im ca chỳng ó cú nhiu tỏc gi cp, õy ta cú th nhn thy mt s nột chớnh:
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi
10
- Kớch thc nh;
- Thi gian x lý nhanh, vi tc x lý c ns hon ton m bo tớnh thi gian
thc (real-time) trong o lng v iu khin;
- chớnh xỏc cao, vi cỏc th h 16, 32 v 64 bit, chớnh xỏc ó t mc vụ
cựng ln so vi yờu cu iu khin (vi 10 bit, ta ó cú chớnh xỏc 0,1 %, 16 bit ~
0,15.10
-5
%);

I.4 CH TO MY IU TC VIT NAM
T nhng nm 1980 tr li õy, ó cú mt s c s sn xut v nghiờn cu Vit
nam tin hnh thit k ch to thit b thu in nh, trong ú cú mỏy iu tc.
Ti Cụng ty C khớ H Ni, t nm 1982, ó tin hnh sn xut mt s
loi mỏy
iu tc. Cỏc loi mỏy iu tc ny c thit k theo mu iu tc ca nc ngoi.
ú l mỏy TT75 (mu Trung Quc), TT1500 (mu Liờn Xụ). Trờn c s mỏy TT75,
ó thit k ci tin mt s loi khỏc nh TT100, TT150, TT200. Ton b cỏc mỏy iu
tc k trờn thuc loi iu tc C - Thu lc. Núi chung cỏc loi mỏy iu tc C
-
Thu lc trờn lm vic n nh nhiu nm nay, nhng do c tớnh ca loi iu tc ny
nờn cht lng diu chnh khụng cao; hn na kt cu ca mỏy rt phc tp, cng
knh do cỏc truyn ng c khớ, mt s chi tit ũi hi phi u t ln vo dõy chuyn
cụng ngh nh lũ xo lỏ con lc ly tõm, cỏc van phõn phi thy lc, b phn hoón
xung , nờn giỏ thnh mỏy cao. Trờn c s mỏy TT1500, nh mỏy ó ci tin thnh
kiu iu tc in t - Thu lc, nhng khụng thnh cụng. Do nhiu nguyờn nhõn
khỏc nhau, Cụng ty ó khụng tip tc nghiờn cu sõu v thit b thy in cng nh
mỏy iu tc.
Vin Nghiờn cu mỏy, Nh mỏy sa cha thit b in - B Cụng nghip v Trng
i hc bỏch khoa Nng ó s
n xut th mt s mỏy iu tc C - Thu lc nhng
cht lng rt thp, da trờn cỏc thit k quỏ c v kớch thc cng knh, ch c
ng dng ti mt vi trm thy in nh.
T nm 1981 tr li õy, Trng i hc Bỏch khoa H ni ó nghiờn cu v tng
bc th nghim s
n xut cỏc loi mỏy iu tc in t - Thu lc. Mt s cụng trỡnh
thu in lp t mỏy iu tc loi ny cho thy nu cú s u t thớch ỏng thỡ nc
ta cú th ch to c iu tc vi cht lng ngang hng vi mỏy ca nc ngoi.
Trong nhiu nm, Trung tõm thu in, Vin Nghiờn cu khoa h
c v kinh t thu

phộp thit k, ch to cỏc thit b in cú tớnh nng tng ng vi linh kin nh
p t
nc ngoi.
- Cỏc thit b kiu mi cú kớch thc gn hn s lm gim khi lng xõy lp; phn
mm iu khin cho phộp mm do trong vn hnh, cú th nõng cp, thay th m
khụng cn u t li phn cng thit b.
- Giỏ thnh ch to r so vi ch to thit b c in v so vi nhp ngoi.
II.1.2 NG DNG VI X Lí 8051
Thut ng Vi x lý (Micro-Processor - àP) v Vi iu khin (Micro-Controller -
àC) khụng cú s khỏc bit rừ rt. Trong trng hp b vi x lý khụng dựng vo mc
ớch tớnh toỏn m ch yu l iu khin mt quỏ trỡnh no ú, ngi ta thng gi
chỳng l àC. Theo cỏch hiu ny, àC l mt loi vi x lý trong tp hp cỏc b vi x lý
núi chung. Trong bn bỏo cỏo ny, hai thut ng c coi nh tng ng.
Lch s phỏt trin cỏc b
vi x lý gn lin vi lch s phỏt trin ca linh kin bỏn
dn, khi u l s phỏt minh ra tranzito cỏc phũng thớ nghim ca cụng ty Bell.
Trong khong thi gian tip theo, l s phỏt trin nhanh chúng ca cỏc b vi x lý. Sau
õy l mt s mc quan trng:
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi
14
Nm 1958, Jack Kilby ó phỏt minh ra vi mch t hp u tiờn, ti cụng ty Texas
Instrumens (M) v t nhng viờn gch u tiờn cho s phỏt trin ca cỏc vi mch
logic h 74xx.
Nm 1960, ra i mỏy tớnh u tiờn c lp rỏp hon ton bng tranzito ti cụng ty
IBM.
Nm 1971, cụng ty Texas Instrumens sn xut ra b vi x lý 4 bit TMS 1000.
Nm 1976, cụng ty Intelligent Electronics (INTEL - M) ó cho ra i b vi iu
khin n chip 8 bit u tiờn vi tờn gi 8048. Cỏc cụng ty khỏc cng ln lt cho ra
i cỏc b

iu khin bo v l phự hp vi xu hng hin nay trờn th gii.
II.1.3 NGHIấN CU NG DNG VI X Lí TI TRUNG TM NGHIấN CU THY
IN NH - VIN KHOA HC THY LI
Tuy l mt n v trong ngnh Thy li, thuc B Nụng nghip v phỏt trin nụng
thụn, nhng trong hn 10 nm qua, Trung tõm Nghiờn thy in ó cú nhiu nghiờn
cu ng dng vi x lý trong cỏc thit b o lng - iu khin trong trm thy in.
Trung tõm cú i ng cỏn b cú chuyờn mụn v lnh vc o lng - iu khin - t
ng húa, gm 01 tin s, 05 k
s. Ngoi ra, Trung tõm ó c Nh nc trang b v
t trang b nhiu thit b, trang b chuyờn dng trong lnh vc ny. Bờn cnh ú, kt
hp vi nhiu n v trong v ngoi nc nh i hc Bỏch khoa H Ni, Cụng ty
Xut nhp khu cụng ngh mi (B Khoa hc - Cụng ngh - Mụi trng), Trung tõm
Thy in nh Hng Chõu (Trung Quc), Hóng TANAKA (Nht Bn) Trung tõm ó
t c nhng thnh cụng nht
nh trong nghiờn cu, thit k, ch to cỏc thit b o
lng iu khin trờn c s ng dng vi x lý.
Di õy l mt s thit b iu khin s dng vi x lý h 8051, c nghiờn cu
thit k, ch to ti Trung tõm Nghiờn cu thy in nh - Vin Khoa hc thy li
trong thi gian qua (1995-2001).

Hỡnh 2 - Thit b hũa in bỏn t ng
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi
16Hỡnh 3 - Thit b hũa in bỏn t ng

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi
18Hỡnh 7 - Thit b iu khin t ng trm thy in (Trung Quc)
Hỡnh 8 - Thit b iu khin t ng trm thy in (Trung Quc) Hỡnh 9 - Thit b iu khin t ng trm thy in (M)
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi
19Hỡnh 10 - Thit b iu khin t ng trm thy in (c)

II.2. NGHIêN CU M RNG B IU KHIN IU TC LU LNG
THNH B IU KHIN A TC DNG
Hin nay, vi s phỏt trin mnh m ca cụng ngh in t - tin hc, cỏc b vi x lý
c tớch h
p nhiu tớnh nng iu khin trờn cựng mt vi mch (On-chip) nh:
Timer, b thut toỏn s hc, cỏc khi nhõn/chia v.v , tc xung nhp ca chỳng
c tng lờn ỏng k, cỏc linh kin ngoi vi cng c phỏt trin rng rói, nờn mt b
vi x lý cho phộp thc hin ng thi nhiu nhim v khỏc nhau do s lng cỏc
ng vo ra ln, tc x lý nhanh, kt hp vi s phỏt tri
n v thut toỏn iu

Cú cỏc u ra kiu r le iu khin tng, gim tc , hũa, iu khin úng ct;
Hin th giỏ tr tn s
dũng in, cỏc tớn hiu theo dừi trng thỏi lm vic, tớn
hiu cnh bỏo.
II.3. XC NH PHNG PHP IU CHNH TUA BIN
II.3.1 S KHI IU KHIN
II.3.1.1iu khin theo tn s Hỡnh 11 - S khi iu khin
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04
Viện khoa học thuỷ lợi
21
S khi iu khin nh hỡnh 11. õy l s h kớn, iu khin theo sai lch,
mt s iu khin thụng thng c ỏp dng trong cỏc loi mỏy iu tc. Do õy
l h iu khin secvo, nờn thut iu khin c chn l PD. Theo kinh nghim v
thc t vn hnh trm thy in nh v c
c nh, chỳng tụi la chn ch vn hnh
khi t mỏy tham gia trong h thng in l chu ph ti c bn (ph ti nn - base
load). Chớnh vỡ vy, loi iu tc ny, t mỏy khụng tham gia phõn chia ti khi h
thng cú dao ng tn s, iu ny lm cho cỏc t mỏy cú cụng sut nh v cc nh
vn hnh n nh, cú th hot ng theo mc nc (water level control) v n gi
n v
thit b (khụng cú phn hi cụng sut t mỏy).
Vi ch vn hnh la chn, khi tham gia trong h thng in, mt di tn s
c la chn bng phn mm l di cht (Dead bank), giỏ tr ph thuc vo kiu
li:
- Loi 1, l li cú yờu cu cht lng cao (li Quc gia): 49 - 51 Hz
- Loi 2, l li cú yờu cu cht lng thp h
n (Li a phng): 48 - 52 Hz

Tần số
Công suất
P
max
0

Hỡnh 13 - c tớnh iu chnh tua bin chu ti c bn
II.3.1.2 Hũa in
Thit b s t ng iu khin t mỏy theo giỏ tr tn s li in sao cho khi chờnh
lch tn s gia hai ngun in nh hn 0,25 Hz, chờnh lch pha nh hn 20
0
, s phỏt
lnh iu khin úng r le hũa in.
II.3.1.3 iu khin theo mc nc
Tham gia trong h thng in, rừ rng t mỏy t hiu ớch cao nht khi hot ng
trong vựng hiu sut cao, s dng tt nht th nng ca dũng nc. iu khin theo
mc nc, thc cht l iu khin hn ch m
tua bin theo mc nc thng lu,
sao cho lng nc qua tua bin khụng ln hn mc tớnh toỏn nhm gi ct nc lm
vic ca tua bin nm trong vựng vn hnh cú hiu sut cao.
II.3.1.4 Cỏc chc nng bo v
Bo v quỏ tc
- Tỏc ng vo mỏy ct chớnh
- úng van tua bin
Bo v khi cú s c li
- Tỏc ng vo mỏy ct chớnh
- a tua bin v hot ng khụng ti
Bo v khi cú lnh t
bờn ngoi
- Tỏc ng vo mỏy ct chớnh