Đề tài Nghiên cứu chế tạo hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu

Nhiệt độ bộ chuyển đổi công suất - Nhiệt độ Rotor - Giám sát sự dẫn thyristor - Giám sát cầu chì của bộ chuyển đổi công suất - Giám sát quạt của bộ chuyển đổi công suất - Giám sát mạch đo lường. - Chức năng giám sát và bảo vệ được phân lớp theo 3 mức khác nhau: o Chỉ hiện thỉ lỗi o Chuyển đổi kênh hoạt động đến thứ 2 hoặc bộ điều chỉnh dự phòng hoặc dùng bộ chuyển đổi công suất dự phòng. o Đóng ngắt tức thời cả hệ thống kích thích. II.3.3.3.Chức năng ghi dữ liệu Phần mềm UNITROL 5000 có một bộ ghi các sự kiến (ghi chép tự động lỗi), nó có thể ghi tới 100 sự kiện và cảnh báo với thời gian thực. Các sự kiện này được đọc và phân tích với Panel điều khiển hoặc một phần mềm CMT. Có đến 6 tín hiệu đo có thể được ghi chép trong thời gian thực với bộ ghi chép dữ liệu (Bộ ghi chép tự động dữ liệu). Các dữ liệu này có thể được hiển thị trên màn hình trong phần mềm hoặc hình LCD riêng. II.3.3.4.Chức năng giám sát bộ xử lý. Sau khi bộ cung cấp công suất được chuyển mạch on, bộ xử lý bắt đầu quá trình tự kiểm tra. Bộ xử lý cũng giám sát sự biến đổi của điện áp cung cấp công suất. Card xử lý có chức năng watchdog giám sát chính xác sự vận hành của chương trình. II.3.3.5.Chức năng điều khiển ổn định hệ thống công suất (PSS). Mục đích của PSS là cải thiện sự ổn định của nguồn bằng cách cản lại sự dao động của tải. PSS được thực hiện bởi bổ sung vào đầu vào của bộ điều chỉnh điện áp, mang lại hiệu quả lớn đối với hệ thống kích thích tĩnh, nhưng cũng có hiệu quả cho hệ thống kích thích quay. ABB đưa ra 3 kiểu khác nhau của PSS. - PSS phù hợp với IEEE Với PSS phù hợp với 1EEE-PSS2A, cố định các đối số được xác định bởi sự tối ưu sự cản với bộ lọc điều chỉnh lead/lag. Để xác định các đối số này, ABB có một phần mềm tính toán để lấy số liệu máy phát và dữ liệu hệ thống kích thích, cũng như máy biến áp và độ cảm kháng của lưới. trang 24 - Bộ ổn định hệ thống công suất thích nghi (APSS) Bộ ổn định hệ thống công suất thích nghi (APSS) làm việc với các đối số biến đổi được tính toán liên tục với các điểm làm việc và trạng thái dòng của hệ thống công suất. Với UNITROL 5000, không cần phải bổ sung phần cứng như UNITROL P. - Bộ ổn định hệ thống công suất đa dải (MBPSS) Thay vì một bộ lọc LEAD/LAG, MBPSS có 3 dải điều chỉnh làm việc riêng lẻ. Đảm bảo làm việc hiệu quả trên một dải tần số rộng 0.05…4.0Hz. Ba dải được thiết kế để ngăn cản các dao động từ trường tại tần số thấp, trung bình và cao. Bộ ổn định hệ thống nguồn là đặc thù tiêu chuẩn của hệ thống UNITROL500. Chức năng này được thực hiện trong phần mềm của card đo lường. Mục đích của PSS là thiết lập một tín hiệu ổn định được yêu cầu để cải thiện làm giảm dao động của máy đồng bộ và dao động của hệ thống nguồn, vì thế để đóng góp ổn định hoàn toàn hệ thống. Thuật toán điều khiển của PSS là dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE Std.421-Type 2A Sự ổn định tín hiệu phù hợp với kết quả tín hiệu nguồn tăng từ sự kết hợp các tín hiệu đầu vào lưới điện (Pe) và tần số góc rotor (∆ω). Tín hiệu ra được đưa tới bộ điều khiển AVR. Hình II.6 Dưới đây mô tả toàn bộ các hàm truyền và sự tính toán đầy đủ cho tính năng PSS Hình II.6: Toàn bộ các hàm truyền và sự tính toán đầy đủ cho tính năng PSS II.3.3.6.Chức năng truyền thông với hệ thống. Panel phục vụ vận hành (LCP) nối với hệ thống thông qua giao tiếp RS485. Bộ hiển thị 4 line được sử dụng để chỉ chức năng của hệ thống, các đối số của hệ thống, giá trị đo lường, các báo hiệu… dạng text. Hệ thống kích thích có thể được điều khiển thông qua các phím Push-buttons. Trong đó: Pe: tín hiệu đầu vào lưới điện ∆ω: tần số góc rotor. Txx, Kxx: Hằng số thời gian và hệ số của các khối. trang 25 Panel điều khiển LCP có thể được sử dụng cho bộ điều khiển tại chỗ, hặc từ xa. Kết nối truyền thông với bộ điều khiển qua chuẩn ARCnet. LCP được sử dụng để điều khiển hệ thống, hiển thị các gía trị hiện thời như điện áp và dòng điện Satator, điện áp và dòng điện rotor, công suất P, Q, tần số… và các sự kiện trong quá trình vận hành. Hình II.7: Panel điều khiển tại chỗ và từ xa UNITROL 5000 có thể được kết nối tới máy tính với phần mềm CMT và thông qua một kết nối quang. Điều này đảm bảo truyền thông nhanh với hệ thống kích thích. Các thao tác điều khiển hệ thống có thể thực hiện ngay trên máy tính. Việc hiển thị, giám sát các trạng thái làm việc cũng dễ dàng. Hình II.8: Khả năng truyền thông với máy tính trang 26 CHƯƠNG III THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Quy trình công nghệ chế tạo hệ thống điều khiển kích thích tĩnh STT Nội dung công việc Người/ đơn vị thực hiện 1 Tổng quan về hệ thống kích thích máy phát của nhà máy điện Nhóm thiết kế, nghiên cứu 2 Khảo sát lựa chọn mẫu Nhóm thiết kế, nghiên cứu 3 Thiết kế và xây dựng quy trình công nghệ Nhóm thiết kế, nghiên cứu 4 Nghiên cứu xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống kích thích Nhóm thiết kế, nghiên cứu 5 Thiết kế chế tạo phần cứng kích thích Nhóm thiết kế, nghiên cứu, Xí nghiệp Cơ - Điện tử 6 Lắp ráp chạy thử hệ thống Xí nghiệp Cơ - Điện tử, Nhóm thiết kế, nghiên cứu 7 Hiệu chỉnh hoàn thiện hệ thống Nhóm thiết kế, nghiên cứu 8 Chạy thử nghệm tại nhà máy phát điện 5MW. Nhóm thiết kế, nghiên cứu & Cơ quan chủ quản hệ thống máy phát 9 Lập hồ sơ báo cáo tổng kết đề tài Nhóm thiết kế, nghiên cứu Việc triển khai các công việc cụ thể, chúng tôi sẽ trình bày trong các chương sau. trang 27 CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, ĐIỀU KHIỂN TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT SỐ Sau khi nghiên cứu tìm hiểu về hệ thống kích thích tĩnh máy phát loại UNITROL5000 của hãng ABB, chúng tôi lựa chọn thiết kế hệ thống điều khiển kích thích ứng dụng cho các máy phát điện công suất trung bình và nhỏ, làm chủ công nghệ, thay thế hàng nhập ngoại. Các thông số cần kiểm soát đó là giá trị điện áp tại đầu cực máy phát, của lưới khi máy đã được hòa, giá trị dòng điện Stator, công suất phản kháng Q, hệ số công suất cosϕ, giá trị dòng điện Rotor, điện áp Rotor. Sở dĩ chúng tôi chọn thiết kế hệ thống này là trên cơ sở nội địa hóa sản phẩm, cạnh tranh hàng nhập ngoại và vì: Ngành Điện là ngành hiện đang phát triển rất mạnh mẽ và hiện là trong nhóm ngành dẫn đầu về tốc độ trăng trưởng cũng như nhu cầu cấp bách của Nhà nước đề ra. Đặc biệt việc phát triển những nhà máy thủy điện công suất trung bình và nhỏ đang được Nhà nước khuyến khích xây dựng. Hiện nay nhiều công ty Nhiệt điện và Thủy điện cũng đã và đang sử dụng hệ thống điều khiển kích thích tĩnh máy phát với độ ổn định và hiệu suất rất cao nên chúng tôi có thể dễ dàng so sánh, đánh giá thiết bị với phương pháp điều khiển này so với các hệ kích thích quay trước đây. Sau đây chúng tôi xin trình bày về thiết kế hệ thống trong đề tài này. IV.1. Thiết kế mô hình hệ thống IV.1.1. Mục tiêu chung khi thiết kế hệ thống Mục tiêu chung khi thiết kế hệ thống điều khiển kích thích tĩnh cho ngành điện là đảm bảo các tính năng sau: a) Tính mở của hệ thống Cho phép mở rộng, nối ghép thêm các loại thiết bị khác nhau và phát triển thêm các chức năng phần mềm quản lý, giám sát, điều hành chung trên cùng hệ thống. Ngoài ra hệ thống cũng cần được sử dụng công nghệ tiên tiến phù hợp với su thế phát triển trong công nghệ. b) Tính linh hoạt của hệ thống Hệ thống phải dễ dàng cho phép thêm hay bớt các thành phần trong hệ thống, mở rộng hệ thống, quản lý và cấu hình lại hệ thống tùy vào điều kiện của cơ sở ứng dụng. c) Tính thống nhất Thể hiện trong xây dựng giao diện phần mềm, giao thức truyền thông giữa các khối làm việc trong hệ thống. d) Tính thích ứng cao trang 28 Hệ thống phải là một bộ phận trong hệ thống tự động hóa quản lý, điều hành chung của ngành điện. Điều này được thể hiện thông qua việc hệ thống có khả năng kết nối mạng Internet. Trên cơ sở những yêu cầu đặt ra khi thiết kế hệ thống, chúng tôi xây dựng mô hình tổng thể chung như sau: Hệ thống được xây dựng trên cơ sở mô hình phân cấp, theo đó hệ thống được phân ra làm 3 cấp chính: 9 Cấp điều hành quản lý: bao gồm thiết bị điều khiển trung tâm (từ xa) đặt tại trung tâm điều hành sản xuất và máy tính được phép truy cập thông qua các chuẩn truyền thông công nghiệp và mạng LAN. 9 Cấp điều khiển tại chỗ: (tại trạm điều khiển tại chỗ) Đo lường, giám sát, điều khiển tại chỗ. 9 Cấp thiết bị hiện trường: Hệ thống máy phát, các biến áp lực và đo lường, các máy ngắt cấp nguồn lực và nguồn điều khiển. các tín hiệu trạng thái làm việc của thiết bị được đưa về trạm điều khiển tại chỗ. IV.1.2. Quan điểm thiết kế hệ thống 9 Quan điểm thiết kế thiết bị điều khiển trung tâm: Thiết bị điều khiển trung tâm cần có các yêu cầu sau: - Quản lý: Lưu trữ dữ liệu lên quan phục vụ việc báo cáo tổng hợp, phân tích, cũng như nguồn cung cấp dữ liệu cho các hệ thống khác. - Điều khiển: Cho phép hệ thống chạy/ dừng và đặt các thông số theo yêu cầu sản xuất. - Giám sát, cảnh báo: Giám sát hoạt động của hệ thống, các thông số đo và cảnh báo các lỗi và nguyên nhân lỗi của hệ thống. 9 Quan điểm thiết kế thiết bị điều khiển tại chỗ (điều khiển tại chỗ và thiết bị chấp hành) - Có chức năng chính về tiếp nhận tín hiệu điều khiển từ thiết bị điều khiển trung tâm - Quản lý: Lưu trữ dữ liệu lên quan phục vụ việc báo cáo tổng hợp, phân tích, cũng như nguồn cung cấp dữ liệu cho các hệ thống khác. - Điều khiển: Cho phép hệ thống chạy/ dừng và đặt các thông số theo yêu cầu sản xuất. - Giám sát, cảnh báo: Giám sát hoạt động của hệ thống, các thông số đo và cảnh báo các lỗi và nguyên nhân lỗi của hệ thống. - Thực hiện các việc chuyển đổi, tác động chính theo các lệnh điều khiển từ xa và tại chỗ. - Có tính mở, có thể kết nối vào hệ thống lớn, dễ dàng thêm bớt mở rộng tính năng và công suất. 9 Quan điểm thiết kế cấp thiết bị hiện trường - Là phần tử trực tiếp cung cấp các tín hiệu đo lường, phản hồi phục vụ cho điều khiển, giám sát. trang 29 - Các giá trị tín hiệu phải theo chuẩn tín hiệu công nghiệp, đảm bảo tương thích với các thiết bị tiêu chuẩn. 9 Quan điểm về yêu cầu công nghệ truyền thông nội bộ và trong mạng - Dữ liệu truyền thông cần đảm bảo an toàn trong khoảng cách truyền hợp lý. - Đường truyền: trao đổi tín hiệu giữa các thiết bị điều khiển, giám sát thông qua chuẩn truyền thông RS485. - Trao đổi dữ liệu không bị nhiễu, sử dụng cáp chống nhiễu như cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục vỏ bọc kim hoặc cáp quang (có bộ chuyển đổi quang/điện) 9 Quan điểm về phần mềm - Xây dựng các giao thức truyền thông thống nhất thông qua phát triển các dịch vụ trao đổi dữ liệu giữa các trạm trên đường truyền RS485. - Xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý và điều hành. - Xây dựng phương thức quản lý dữ liệu theo mã - Phần mềm trên thiết bị điều khiển trung tâm tự động nhận biết các trạng thái làm việc của hệ thống và điều khiển đáp ứng theo yêu cầu. - Phần mềm tại thiết bị điều kiển tại chỗ phải luôn cung cấp dữ liệu lên thiết bị điều khiển trung tâm, nhận biết lệnh điều khiển từ thiết bị điều khiển trung tâm và có khả năng hoạt động độc lập. IV.1.3. Thông số yêu cầu đáp ứng của hệ thống Bảng IV.1. Các thông số yêu cầu đáp ứng của hệ thống kích thích Mức chất lượng Mẫu tương tự TT Tên sản phẩm và chỉ tiêu chất lượng chủ yếu Đơn vị đo Kết quả đạt được Trong nước Thế giới Số lượng sản phẩm tạo ra (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Hệ thống điều khiển kích thích nhà máy điện 01 1 Dải điện áp điều chỉnh danh định (Tính theo điện áp định mức đầu cự máy phát) % ±0.5 ±0.5 2 Dải điều chỉnh bằng tay của điện áp đặt cho điều chỉnh điện áp tự động tối thiểu phải đạt % 25-110 25-110 3 Dải điều chỉnh bù tổn hao lưới % 10 10 4 Dải điều chỉnh bù công suất phản kháng % 10 10 5 Độ chính xác của hệ thống điều khiển kích thích (tính theo điện áp định mức đầu cực máy phát) % <0.5 <0.5 trang 30 6 Thời gian đáp ứng của hệ thống điều khiển kích thích không lớn hơn s 0.1 0.1 7 Điện áp cực đại của hệ thống điều khiển kích thích không nhỏ hơn (tính theo điện áp kích thích định mức) % 200 200 8 Dòng điện cực đại của hệ thống điều khiển kích thích không nhỏ hơn (tính theo dòng điện kích thích định mức) % 200 200 9 Thời gian triệt từ lớn nhất để điện áp máy phát về không (0) trong điều kiện co sự cố không lớn hơn s 1 1 IV.1.4. Thiết kế mô hình cấu trúc hệ thống Hình: IV.1 Mô tả cấu trúc hệ thống Mô tả phần cấu trúc hệ thống Cấu trúc toàn bộ hệ thống kín bao gồm phần máy phát chính, nguồn cấp kích thích, khối đo lường điều chỉnh điện áp, khối chỉnh lưu điều khiển công suất và khối mồi từ/ xả năng lượng khi có phản ứng tự cảm hoặc do sự cố (Hình IV.1). Trong đó khối đo trang 31 lường điều chỉnh, khối chỉnh lưu điều khiển công suất và khối mồi từ/ xả năng lượng là thuộc hệ thống kích thích tĩnh. Phần nguồn cấp kích thích có thể lấy từ ngay đầu cựa máy phát hoặc từ một nguồn tự dùng của hệ thống. Tin hiệu phản hồi điện áp được lấy từ đầu cực máy phát qua máy biến áp đo lường vào khối đo. Tín hiệu dòng điện kích thích được lấy ngay phần hạ thế trước cầu chỉnh lưu điều khiển công suất. Tín hiệu điều khiển được điều chế thành tín hiệu chuẩn bởi khối đo lường và gửi tới khối điều chỉnh, khối điều chỉnh có nhiệm vụ gia công, tính toán (PID) và gửi tiếp đến khối điều khiển công suất (cầu chỉnh lưu có điều khiển), nó quyết định giá trị dòng điện cấp đến cuộn kích thích là bao nhiêu, tức là giá trị điện áp trên đầu cựa máy phát là bao nhiêu và giá trị công suất phản kháng là bao nhiêu nếu máy phát được nối lưới. Các tham số đặt được lập trình và lưu trong bộ điều chỉnh. Và việc điều chỉnh tự động sẽ được thực hiện bởi mạch vòng kín. Mô tả tóm tắt hoạt động của những khối chức năng chính trong hệ thống Việc mồi từ được thực hiện theo mô hình cấu trúc sau: Nguồn cấp được lấy từ nguồn một chiều độc lập (Batt) hoặc có thể một nguồn độc lập xoay chiều rồi qua khâu chỉnh lưu và điện trở giảm dòng. Dòng điện mồi từ được khống chế bởi thiết bị đóng ngắt (Field flashing breaker) qua đó dòng điện được cấp đến rotor. Xem hình IV.2 Hình IV.2. Cấu trúc mạch mồi từ trang 32 Cấu trúc hệ điều khiển hai kênh: Hình IV.3: Cấu trúc hệ điều khiển hai kênh Trên cơ sở hệ thống làm việc có dự phòng bộ điều khiển. Trường hợp có một kênh lỗi thì hệ thống sẽ tự động chuyển sang kênh còn lại để đảm bảo tính làm việc ổn định của hệ thống. Khối điều chỉnh điện áp tự động (AVR) và khối điều chỉnh dòng điện kích thích tại một kênh luôn đồng bộ với nhau đảm bảo không bị quá độ khi chuyển trạng thái. AVR: Bộ tự động điều chỉnh điện áp FCR: Bộ điều chỉnh kích từ đặt trước. COB: Khối điều khiển MUB: Khối đo lường Cấu trúc khối diệt từ (Crowbar) - Bao gồm các van bán dẫn mắc song song ngược rồi nối nối tiếp với RE. - Khối này làm việc tự động, khi năng lượng điện áp trên hai đầu dây quấn cuộn kích thích vượt quá giới hạn cho phép, các van sẽ tự động mở thông nối kín mạch xả qua điện trở RE. Hình: IV.4. Khối diệt từ trang 33 IV.1.5. Nguyên lý điện của hệ thống điều khiển kích thích tĩnh Hình IV.5: Sơ đồ nguyên lý điện hệ thống điều khiển kích thích tĩnh máy phát trang 34 IV.2. Nghiên cứu xây dựng phần mềm hệ thống kích thích Để xây dựng phần mềm cho hệ thống, chúng ta có các quy trình như sau: Quy trình khởi động và dừng máy phát: Hình: IV.6 Giản đồ trình tự khởi động/dừng máy phát trang 35 Quy trình khởi động và dừng kích từ: Hình IV.7: Giản đồ trình tự khởi động/dừng kích từ trang 36 Các chế độ làm việc của máy phát: Máy phát có ba chế độ làm việc như sau: - Máy phát làm việc không tải - Máy phát làm việc có tải và có hòa lưới - Máy phát làm việc có tải độc lập. Khi làm việc, quan hệ năng lượng trong máy phát nói riêng và máy đồng bộ nói chung được thể hiện như trong hình IV.8. Tất cả những thông số làm việc phải nằm trong phạm vi giới hạn cho phép. Trên cơ sở các giới hạn, việc triển khai viết chương trình cho điều khiển, bảo vệ là rất cần thiết. Hình IV.8 : Đồ thị quan hệ năng lượng trong máy đồng bộ Trên cơ sở đáp ứng việc trình tự hoạt động của phần điều khiển, và theo yêu cầu công nghệ chúng tôi đưa ra hệ thống sơ đồ logic như sau: trang 37 Hình IV.9: Định nghĩa các tên địa chỉ đầu vào và đầu ra trang 38 Hình IV.10: Mã hóa tín hiệu, đối tượng trang 39 HìnhI IV.11: Lệnh điều khiển máy cắt kích từ trang 40 Hình IV.12: Hàm giới hạn trang 41 Hình IV.13: Hàm lựa chọn chế độ làm việc trang 42 Hình IV.14: Sơ đồ điều khiển AVR trang 43 Hình IV.15: Điều khiển công suất P, Q trang 44 Hình IV.16: Điều khiển bằng tay trang 45 Hình IV.17: điều khiển dừng kích thích trang 46 Hình IV.18: Dừng hệ thống trang 47 Hình IV.19: Sơ đồ điều khiển bộ gia nhiệt Heater trang 48 Hình IV.20: Sơ đồ điều khiển cảnh báo trang 49 Hình IV.21: Sơ đồ điều khiển cảnh báo trang 50 Hình IV.22: Cấu trúc điều khiển của RCP và LCP trang 51 Hình IV.23: Cấu trúc Menu điều khiển của COB. trang 52 IV.3. Thiết kế chế tạo phần cứng hệ thống kích thích IV.3.1. Thiết kế chế tạo hệ thống tủ điều khiển Quan điểm thiết kế: 9 Theo tiêu chuẩn IEC về thiết kế lắp đặt tủ điện điều khiển. 9 Chắc chắn, có khả năng làm việc ở môi trường công nghiệp như rung động, chống ăn mòn hóa học nhất định. 9 Bố trí thiết bị hiển thị, thao tác thuận tiện cho người vận hành. 9 Sử dụng phần mềm điều khiển loại phổ biến, thuận lợi cho người viết chương trình. 9 Các giao diện truyền thông theo chuẩn công nghiệp quốc tế. 9 Có khả năng nâng cấp phần cứng và phần mềm giúp cho việc mở rộng công suất dễ dàng. Hệ tủ điện dạng môđun, hình 19. 9 Đầy đủ các tính năng bảo vệ đáp ứng hệ thống làm việc ổn định, tin cậy. 9 Các thiết bị vật tư là loại có sẵn, phổ biến trên thị trường đảm bảo rút ngắn thời gian phải dừng hệ thống khi sự cố hoặc khi đại tu sửa chữa. Mô tả thiết kế phần tủ: Hình IV.24: Bố cục, kích thước tủ điều khiển trang 53 Hình IV.25. Cấu trúc ngăn điều khiển trang 54 Hình IV.26. Cấu trúc ngăn cấp nguồn trang 55 Hình IV.27. Cấu trúc ngăn điều khiển công suất trang 56 Hình IV.28. Cấu trúc ngăn mồi từ và diệt từ trang 57 IV.3.2. Chế tạo card (board) đo lường IV.3.2.1. Đặc điểm của board đo lường: - Đo dòng điện và điện áp 3 phase ở đầu ra của máy phát. - Đo dòng điện và điện áp một pha tại thanh cái. - Tần số làm việc bình thường 16 2/3Hz, 50Hz, 60Hz. - Đầu vào điện áp có trở kháng cao và không cách li. - Xử lý tín hiệu số với bộ DSP (Digital Signal Processor). - Có chức năng giám sát diode chỉnh lưu. - Điều khiển công suất hệ thống (PSS- Power System Stabilizer). - Phát hiện lỗi biến thế (PT) và các chức năng giám sát khác. - Có mạch cấp nguồn trên board và có thể cấp nguồn cho COB. IV.3.2.2. Mô tả: Card đo (MUB) thực hiện các phép đo với DSP. Tất cả các tín hiệu đo sẽ đựoc lấy mẫu bới ADC và được xử lý bởi DSP. Các thông số sau sẽ được tính toán từ các tín hiệu đo: - Điện áp máy phát Ug. - Dòng điện máy phát Ig - Công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. - I*sinϕ và I*cosϕ. - cosϕ. - Tần số f, f(Ep). - Upss. Các giá trị sau được giám sát thêm: - Điện áp máy phát Ug. - Kiểm tra Diode của kích từ quay. Tất cả các thông số trên được trao đổi với COB qua Dual-port RAM. Hình IV.29. Sơ đồ khối tổng quát của board đo lường trang 58 IV.3.2.3. Sơ đồ cấu trúc chung của board đo lường: Hình IV.30: Sơ đồ cấu trúc chung của board đo lường trang 59 IV.3.2.4. Mô tả chức năng của các khối: a) Cấp nguồn: MUB được cấp nguồn 24 VDC và biến đổi ra thành tất cả các điện áp ra cần thiết như +5V, +3.3V, ±15V cho tất cả các mạch đo lường và cho board điều khiển. Tổng công suất các nguồn 45W. b) Đầu vào tương tự: Cho phép đo dòng điện và điện áp của mày phát và thanh cái. Đầu vào điện áp: * Điện áp máy phát: - Vào điện áp 3 phase. 100...110...120VAC - Điện áp vào danh định Un: 0....180 VAC - Dải điện áp vào: 0...163% - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10...120 Hz - Số kênh: 3 kênh - Điện trở vào: 5 MΩ * Điện áp thanh cái US-T: - Vào điện áp 3 phase. 100...110...120VAC - Điện áp vào danh định Un: 0....180 VAC - Dải điện áp vào: 0...163% - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10...120 Hz - Số kênh: 1 kênh - Điện trở vào: 5 MΩ * Độ chính xác: - Độ chính xác (ở điện áp danh định) < 0.5% - Độ phân giải < 0.1% - Độ tuyến tính < 0.5% * Đầu vào áp có trở kháng cao, qua mạch chia áp và khuyếch đại vi sai. UG-R, UG-S, UG-T được đo. Điện áp được đưa qua mạch lọc trước khi đi vào ADC và được xử lý bằng DSP. Điện áp có thể được đo theo hai cách. Hình IV.31: Nguyên lý đo điện áp trang 60 Khi đo một pha hệ thống 3 pha có thể được tính toán bằng phương pháp vector. Bộ lọc thông thấp có đáp ứng tần 3dB ở 130Hz. Đầu vào dòng điện: * Dòng điện máy phát: - Dòng điện định mức 1/5 AAC - Dải đo dòng điện 0...1.5/7.5 AAC - Dải dòng điện vào 0...150% - Quá tải < 1s 25 AAC - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10...120 Hz - Số kênh: 3 kênh * Dòng điện thanh cai IR: - Dòng điện định mức 1/5 AAC - Dải đo dòng điện 0...1.5/7.5 AAC - Dải dòng điện vào 0...150% - Quá tải < 1s 25 AAC - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10...120 Hz - Số kênh: 1 kênh * Độ chính xác: - Biến dòng kiểu T60404-N4644-X300 1..5:1000 - Độ chính xác ( tại giá trị dòng danh định) < 0.5% - Độ phân giải < 0.1% - Độ tuyến tính < 0.5% - Sai pha tại 50Hz 0.4o tại 60Hz 0.5o tại 120Hz 1.0o * Dòng máy phát và dòng thanh cái được đo bằng biến dòng tỉ lệ 5:1000. Khoảng đo có thể chọn là 1A và 5A. Tín hiệu đo được đưa qua bộ lọc sau đó đưa vào ADC và xử lý bằng DSP. Hình IV.32: Nguyên lý đo dòng điện trang 61 Khi đo một pha hệ thống 3 pha có thể được tính toán bằng phương pháp vector. Bộ lọc thông thấp có đáp ứng tần 3dB ở 130Hz. c) Bộ biến đổi ADC: Bộ biến đổi ADC xử dụng MAX125 của hãng Maxim có độ phân giải 14 bít, 2x4 kênh được lấy mẫu đồng thời và được biến đổi lần lượt sau đó. Vì vậy dữ liệu đo là phù hợp. MAX125 có các đặc điểm chính sau: - 4 kênh lấy mẫu đồng thời với 2 nhóm đầu vào có thể chọn ( 8 đầu vào đơn). - Thời gian biến đổi 3µs cho một kênh. - Tốc độ lấy mẫu: 250 ksps ( 1 kênh) 142 ksps ( 2 kênh) 100 ksps ( 3 kênh) 76 ksps ( 4 kênh). - Dải điện áp đầu vào: ±5V - Bảo vệ cho các đầu vào: ±17V - Nguồn cung cấp: ±5V - Điện áp chuẩn bên trong 2.5V hay sử dụng điện áp chuẩn ngoài. - Giao tiếp với DSP qua giao diện song song tốc độ cao. Sơ đồ chức năng của ADC như sau: trang 62 Hình IV.33: Sơ đồ chức năng của ADC d) Đo tần số: Tần số được đo bằng mạch logic khả trình (PLD). Có 2 bộ so sánh sẽ phát hiện điểm Zero của điện áp. Tín hiệu sẽ được truyền tới PLD và nó đếm thời gian giữa các điểm Zero. 6 giá trị sẽ được truyền tới DSP theo chu kỳ. DSP sẽ lấy giá trị trung bình của 6 giá trị cuối cùng. trang 63 Hình IV.34: Nguyên lý đo tần số e) Giao diện với board điều khiển (COB): Giao tiêp với COB được thực hiện thông qua dual-port RAM đặt trên MUB. Việc truỵ nhập dữ liệu được thực hiện bởi các tín hiệu điều khiển. Dual-port RAM sử dụng chip DS1609 của Dallas semiconductor, nó có các đặc điểm sau: - Có 256 byte bộ nhớ dual-port. - Bus địa chỉ và dữ liệu multiplexed cho phép số chân ít. - Bộ nhớ dual-port cho phép truy nhập mà không bị xung đột. - Mỗi một cổng có các tín hiệu điều khiển RAM chuẩn. - Thời gian truy nhập nhanh. - Công nghệ CMOS giúp tiết kiệm điện. - 24 chân DIP hay SOIC. - Tương thích với cả tín hiệu TTL và CMOS. - Hoạt động trong dải nhiệt độ cho thiết bị công nghiệp -400C - +850C. Sơ đồ khối của DS1609 như sau: Hình IV.35: Sơ đồ khối của DS1609 trang 64 Sơ đồ chân của IC DS1609: Hình IV.36: Sơ đồ chân của IC DS1609 f) Cổng lập trình: JTAG/OnCE cho phép phát triển và kiểm tra trên board. g) Giám sát lỗi: Các mức điện áp sau sẽ được giám sát: Mạch watchdog sẽ phát ra tín hiệu ngắt nếu nó không được reset bởi DSP trong khoảng 1,4 s. trang 65 h) Nguyên lý của PSS 2B theo tiêu chuẩn IEEE Std.421-5: Hình IV.37: Sơ đồ nguyên lý của PSS 2B theo tiêu chuẩn IEEE Std.421-5 trang 66 i) Nguyên lý của giám sát diode trong kích từ quay: Hình IV.38: Nguyên lý của giám sát diode trong kích từ quay trang 67 j) Nguyên lý của việc giám sát PT: Hình IV.39: Nguyên lý của việc giám sát PT trang 68 IV.3.2.5. Mô tả DSP TMS320VC5510: a) Đặc điểm chung của DSP TMS320VC5510: - Tính năng cao, công suất tiêu thụ nhỏ, xử lý dữ liệu dấu phảy tĩnh. + Thời gian thực hiện lệnh 6.5/5 ns. + Tần số Clock 160/200