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
N

9
I.3. X
U H

NG CH
ế
T
ạ
O C
á
C LO
ạ
I M
á
Y DI
ề
U TẩC TR
ê
N TH
ế
GII

9
I.4 Chế tạo máy điều tốc ở Việt Nam 11
Phần II. Nghiên cứu, chế tạo điều tốc điều chỉnh
lu lợng và điều tốc điều chỉnh phụ tải
13
II.1 Nghiên cứu xử dụng các bộ vi xử lý (P), â thông dụng

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
III.2.1 CPU 50
III.2.2 Khối đo lờng tần số 51
III.2.3 Công tác thiết lập giá trị vận hành 51
III.2.4 Khối điều khiển tải 53
III.2.5 Đièu khiển kiểu Rơle 53
III.2.6 Khối cấp nguồn 53
III.3 Xây dựng phần mềm điều khiển 54
III.3.1 Lựa chọn ngôn ngữ 54
III.3.2 Sơ đồ khối tính toán chính 54
III.4 Chế tạo hoàn chỉnh bộ điều khiển 59
III.5 Đề xuất nâng cao chất lợng thiết bị 60
III.6 Bản vẽ nguyên lý 61
Phụ lục I Phần mềm điều khiển lu tốc điều chỉnh
lu lợng
63a
Phụ lục II Phầm mềm điều khiển điều tốc điều
chỉnh phu tải
102

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04


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

2
cho vic bo hnh, bo dng v sa cha thit b gp nhiu khú khn. Vic ch ng
thit k v ch to cỏc thit b trong trm thy in núi chung v mỏy iu tc núi
riờng phự hp vi cụng cuc cụng nghip húa hin i húa ca nn kinh t nc nh.
ti ó c hỡnh thnh t cỏc yờu cu ca thc t sn xut.
Bn bỏo cỏo ny, trỡnh by cỏc k
t qu nghiờn cu thit k, ch to mỏy iu
tc iu chnh lu lng, iu chnh ph ti x dng vi x lý. õy l mt trong
nhng loi thit b iu tc ó c nghiờn cu nhiu nm Trung tõm Nghiờn cu
thy in nh (Gi tt l Trung tõm thy in), Vi
n Khoa hc thy li, B Nụng
nghip v Phỏt trin nụng thụn.
Báo cáo khoa học Đề tài KC07- 04

Viện khoa học thuỷ lợi
3


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:
Ntb = Mt

. (3)
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

4
V ta ó bit, vi ct nc lm vic H v lu lng Q, cụng sut ca tua bin l:

N
QH
tb
=

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
iu tc ny mang li hiu qu kinh t cao.
I.1.2 GII THIU CC LOI MY IU TC TRONG TRM THU IN
I.1.2.1 Cu to chung.
Núi chung, cỏc mỏy iu tc cú hai b phn chớnh nh sau:
(1) B phn iu khin:

B phn iu khin cú th coi nh trung tõm x lý tớn hiu ca iu tc v vũng
quay ca t mỏy, l b phn quan trng v phc tp nht ca mỏy iu tc. Trong b
phn ny cú th chia ra mt s cm vi cỏc chc nng sau:
- Cm b phn cm ng: Lm nhim v nhn cỏc tớn hiu vũng quay ca t mỏy, so

:
- 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
:
- H thng vn cũn cng nhc, kh nng thay i cỏc thụng s ph thuc vo phn
cng.
- Cú s trụi trt cỏc tham s do c im ca cỏc linh kin analog.
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi


(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
Điện
điều chỉnh lu lợng
Analog DIGITAL
điều chỉnh phụ tải

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
%);


11
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 ph
n 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

Vic la chn thit k ch to cỏc thit b da trờn cỏc b vi x lý xut phỏt t cỏc
lý do sau:
- iu kin v ch to cỏc thit b c in trong nc cũn mc ht sc khiờm tn,
nu mun ch to cỏc thit b c in thay th ũi hi phi u t ln dõy chuy
n
sn xut.
- Xu th phỏt trin cỏc thit b in trờn th gii l ng dng cỏc thnh tu mi
trong lnh vc in t - vin thụng - tin hc.
- Mc phỏt trin v iu kin ca cụng nghip in t tin hc trong nc cho
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

1995, cỏc b vi x lý 8 bit chim 67% th phn cỏc b vi x lý (4, 8, 16 v 32 bit).
Tng doanh thu cỏc b vi x lý 8 bit l 5 t USD vi s lng bỏn ra l 1,5 t b
(1995). Tng trng hng nm v s lng cho n nm 2000 l 30%. Ch riờng hóng
PHILIPS, mi ngy xut xng 1 triu b
(nm 1998).
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

15
Rừ rng l tng lai ca th trng vi x lý ang m rng khụng ngng. Ngy nay,
chỳng cú mt trong rt nhiu thit b, trong nhiu lnh vc khỏc nhau. Vic ng dng
cỏc b vi x lý núi chung, h MSC-51 núi riờng trong lnh vc cỏc thit b o lng
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

II.1.4 THễNG TIN T NC NGOI
Theo cỏc thụng tin, ti liu t nc ngoi ca cỏc cụng ty, t chc v thy in nh
nh: Hóng TANAKA (Nht bn), Trung tõm khu vc Chõu ỏ - Thỏi bỡnh dng v
thy in nh (Hng Chõu-Trung Quc), SHP network... Chỳng tụi ó cú cỏc ti liu
v loi iu tc in t iu chnh lu lng s dng vi x lý. Trong quỏ trỡnh thc
hin ti, chỳng tụi ó nhp mt b thit b
nh vy t Trung Quc kho sỏt. Sau
khi xem xột thit b trong phũng thớ nghim v ti hin trng, chỳng tụi ó cú mt s
nhn xột sau:
- Thit b cú kớch thc gn nh, hon ton phự hp vi cỏc trm thy in nh v
cc nh v lp t, s dng, bo dng thay th;
- Thit b cú nhiu chc nng (multi-function), khụng ch l mỏy iu tc;
- V cu to, thit b ca Trung Quc s dng h vi x lý khụng cũn thụng dng
trong thi im hin nay (H MSC-48);
- V cht lng linh kin, cỏc n v trong nc hon ton cú th lm t ngang
bng v tt hn, vi giỏ thnh r hn (tt nhiờn, vn phi nhp linh kin l t nc
ngoi).
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)


Bo v
t mỏy trong cỏc trng hp s c.
Tham kho cu to ca cỏc thit b ca nc ngoi, chỳng tụi xỏc nh cỏc chc
nng chớnh ca thit b nh sau:
NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

20
L thit b iu tc, vi kh nng chy c lp cng nh trong li in vi 3
mc chớnh xỏc ng vi 3 qui mụ li in khỏc nhau (Li cp quc gia, li
cp vựng, li a phng); Phn t iu khin l mch vi x lý, phn t chp
hnh l ng c in;
L thit b hũa
in t ng;
L thit b bo v, cú kh nng bo v quỏ tc , úng mỏy khi cú s c, iu
khin t mỏy theo mc nc;
Cú cỏc u vo bao gm cỏc giỏ tr thit lp chc nng hot ng (function):
iu tn, Hũa, iu khin theo mc nc; Cỏc giỏ tr thit lp ch hot ng
(Mode): L
i cp 1,2,3; Cỏc giỏ tr thit lp liờn quan ti quỏ trỡnh úng m;
Cỏc u vo cp nng lng cho thit b; Cỏc u vo o giỏ tr tn s; Cỏc u
vo o mc nc; u vo ca tớn hiu dng mỏy khn cp.
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

f
1
=50 Hz
Tần số
Công suất
P
max
P
1
0
P
2

Hỡnh 12 - c tớnh iu chnh tua bin khi tham gia chu ti thay i

NC, thiết kế, chế tạo điều tốc cho các trạm thuỷ điện nhỏ đề tài Kc07-04

Viện khoa học thuỷ lợi

22
f
max
f
min
f
o
=50 Hz
Tần số
Công suất
P