Mô hình mô phỏng hoạt động máy phát điện tàu thủy ở chế độ công tác độc lập

Bài viết giới thiệu mô hình toán học của các thiết bị điện trong hệ thống trạm phát điện trên tàu thủy như: Máy phát đồng bộ, động cơ, Diesel, bộ điều tốc của diesel, bộ tự động điều chỉnh điện áp, các dạng tải, bộ khởi động v.v..
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình mô phỏng hoạt động máy phát điện tàu thủy ở chế độ công tác độc lập CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG MÁY PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY Ở CHẾ ĐỘ CÔNG TÁC ĐỘC LẬP MODELING AND SIMULATION OF MARINE GENERATOR SET AT SINGLE OPERATION MODE ThS. ĐỖ KHẮC TIỆP, TS. VƯƠNG ĐỨC PHÚC Khoa Điện – Điện tử, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Bài báo giới thiệu mô hình toán học của các thiết bị điện trong hệ thống trạm phát điện trên tàu thủy như: Máy phát đồng bộ, động cơ, Diesel, bộ điều tốc của diesel, bộ tự động điều chỉnh điện áp, các dạng tải, bộ khởi động v.v.. Các kết quả mô phỏng liên quan đến các đặc tính động của hệ thống được đưa ra rõ ràng khi sử dụng SimPowerSystems Toolbox của Matlab. Kết quả có được giúp cho các nhà thiết kế hệ thống, người sử dụng thay đổi và lựa chọn các tham số tối ưu góp phần nâng cao hiệu suất năng lượng cho hệ thống trạm phát trên tàu thủy. Abstract This paper introduced mathematical model of electrical devices used on ship as: Generator, Motor, Diesel, Governor, Automatic voltage unit, load types and starter etc. By using SimPowerSystems Toolbox of Matlab software as a tool for simulating systems from which exact results of dynamic curves when system is working are given. These results help system designer, user to change or choose optimized parameters and then effective power of this system on ship will be taken. Key words: Governor, Automatic voltage, AC Generator, Asynchronous Motor. 1. Giới thiệu Trạm phát điện tàu thủy là một hệ thống có cấu trúc và hoạt động phức tạp, hoạt động của trạm phát điện liên quan trực tiếp đến an toàn hàng hải. Để đảm bảo trạm phát làm việc ổn định thì hệ thống điều khiển phải thực hiện duy trì tần số và điện áp của mạng điện ổn định cả trong chế độ ổn định và trong chế độ quá độ [1]. Tất cả những tàu biển hiện đại, dù là phục vụ mục đích dân sự hay quân sự, đều sở hữu một đặc điểm chung là yêu cầu công suất của trạm phát điện phải lớn hơn trên những tàu truyền thống, sử dụng năng lượng điện cho các phụ tải lớn như: chân vịt mũi, thiết bị điện trên boong, các máy phụ buồng máy…, do đó trên các tàu này đòi hỏi trạm phát điện phải có công suất đủ lớn. Khi nâng cao công suất của các trạm phát điện, sự phức tạp của hệ thống tăng lên, đáp ứng yêu cầu cao hơn cho hệ thống điều khiển và quản lý công suất nguồn là cần thiết. Tuy nhiên, ngay cả đối với những hệ thống điều khiển tốt thì trong một số trường hợp đặc biệt, đôi khi cũng chưa thể đáp ứng được yêu cầu của hệ thống. Do tính chất phức tạp của trạm phát điện trong quá trình công tác nên đòi hỏi trong hệ thống cần trang bị thêm một thiết bị mà có thể phát hiện các sự thay đổi các thông số của lưới điện để cung cấp thông tin kịp thời cho hệ thống điều khiển. Xuất phát từ những đặc điểm trên, việc thành lập mô hình mô phỏng hoạt động của máy phát điện tàu thủy ở chế độ công tác độc lập được đưa ra nhằm thực hiện giải quyết các vấn đề: xây dựng mô hình mô phỏng của máy phát điện đồng bộ, mô hình mô phỏng bộ điều tốc, bộ tự động điều chỉnh điện áp được thực hiện trên công cụ Simpower system của Matlab. Kết quả mô phỏng với các dạng tải phổ biến trên tàu thủy như: tải thuần trở, tải là các động cơ không đồng bộ được thu thập, phân tích nhằm cung cấp thêm thông tin về các thông số của lưới điện, đáp ứng của hệ thống với sự thay đổi tải, từ đó tạo điều kiện cho các nhà thiết kế, điều khiển có thêm các thông tin về hoạt động của trạm phát điện để xây dựng lên những hệ thống điều khiển có thể làm việc tin cậy, phản ứng nhanh nhằm đáp ứng yêu cầu của vấn đề ổn định điện áp và tần số của lưới điện tàu thủy. Việc xây dự ng thành công mô hình và xác đinh ̣ thời gian mô phỏng có ý nghiã thự c tiễn trong thiế t kế và xây dự ng hệ thố ng mới, tính toán các tham số cho trạm phát điện, giảm thời gian,... 2. Mô hình của trạm phát điện tàu thủy Trạm phát điện tàu thủy điển hình bao gồm một số tổ hợp máy phát điện đồng bộ - động cơ diezel và hệ thống kích từ, bảng điện chính, một máy phát sự cố, bảng điện sự cố, các bảng điều khiển tải và các loại tải. Trong hệ tương đối, nếu tần số của stator của máy phát đồng bộ tương đương với giá trị cơ bản, giá trị điện kháng của cuộn dây bằng với giá trị điện cảm, và điện kháng quá độ, điện kháng siêu quá độ cũng bằng với giá trị điện cảm tương ứng. Khi đó, các thông số của máy phát điện đồng bộ sẽ được thể hiện bằng các giá trị điện kháng thay vì độ tự cảm. Tiến Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 22  CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 hành các thí nghiệm về đáp ứng tần số, không tải, ngắn mạch để từ đó xác định được các giá trị của cuộn cảm và hằng số thời gian cho một máy đồng bộ. 2.1. Máy phát điện đồng bộ Máy điện đồng bộ 3 pha được ứng dụng rộng rãi trên trạm phát xoay chiều [3], 2.2. Động cơ Diesel với bộ điều tốc Thông thường, đối với một động cơ diesel tốc độ quay rất dễ bị ảnh hưởng bởi những thay đổi của mô-men, cụ thể là khi tải giảm nhỏ thì tốc độ quay của Diezel sẽ thay đổi, khi tốc độ của Diezel thay đổi sẽ dẫn tới tần số của máy phát cũng thay đổi. Vì vậy tốc độ của động cơ diesel cần được điều chỉnh và giữ ổn định bằng cách điều chỉnh lượng cung cấp nhiên liệu theo nhu cầu của tải. Mô hình toán học cho động cơ diesel với điều tốc cơ khí [2] được thể hiện trong hình 1. Trong mô hình này, bộ điều khiển được mô phỏng như một hệ thống bậc hai và các thiết bị truyền động được mô phỏng như một hệ thống bậc ba với một khâu tích Hình 1. Mô hình của động cơ Diezel với bộ điều tốc cơ khí phân. Động cơ diesel được mô phỏng như ...