Nghiên ứu khả năng áp dụng ông nghệ truyền tải điện một hiều điện áp ao trong hệ thống điện việt nam

So với phơng pháp truyền tải điện xoay chiều thì truyền tải điện một chiều có một số u điểm vợt trội nh khoảng cách truyền tải không bị hạn chế, nâng cao độ ổn định, giảm đáng kể khố

Bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội

Bộ giáo dục và đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ luËn v¨n cña riªng t«i C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ cha tõng ®îc c«ng bè trong bÊt k× mét b¶n luËn v¨n nghiªn cøu nµo kh¸c

Hµ néi th¸ng 11 n¨m 2006

T¸c gi¶ luËn v¨n

NguyÔn §×nh Hßa

Ch¬ng 1 :Tæng quan vÒ c«ng nghÖ truyÒn t¶i ®iÖn

mét chiÒu ®iÖn ¸p cao

1.1 Tãm lîc lÞch sö ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ truyÒn t¶i ®iÖn mét

chiÒu ®iÖn ¸p cao

1.2 Giíi thiÖu mét sè hÖ thèng truyÒn t¶i HVDC ®iÓn h×nh trªn

thÕ giíi

1.2.1 ItaiPu, hÖ thèng truyÒn t¶i HVDC lín nhÊt trªn thÕ giíi

1.2.2 HÖ thèng truyÒn t¶i HVDC Leyte-Luzon, Philipine

1.2.3 HÖ thèng truyÒn t¶i HVDC Rihand Delhi, India-

1.2.4 HÖ thèng liªn kÕt HVDC ‘back to back’ gi÷a Argentina vµ

Brazil

1.3 u - nhîc ®iÓm cña truyÒn t¶i HVDC vµ c¸c øng dông

1.3.1 ¦u ®iÓm

1.3.2 Nhîc ®iÓm

1.3.3 Mét sè øng dông phæ biÕn cña hÖ thèng truyÒn t¶i HVDC

Ch¬ng 2 : CÊu t¹o cña hÖ thèng truyÒn t¶i ®iÖn

mét chiÒu ®iÖn ¸p cao

2.1.1 Trạm biến đổi

2.1.2 Thiết bị truyền tải

2.1.3 Nối đất

2.2 Một số sơ đồ liên kết cơ bản, phân tích và đánh giá

2.2.1 Sơ đồ liên kết đơn cực ( monopolar link)

2.2.2 Sơ đồ liên kết lỡng cực (bipolar link)

2.2.3 Sơ đồ liên kết cùng cực tính (homopolar link)

2.2.4 Sơ đồ chỉnh lu và nghịch lu đặt kề nhau (back to back

2.3.1 Nguyên lí làm việc của bộ chỉnh lu

2.3.2 Nguyên lí làm việc của bộ nghịch lu

2.6.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển

2.6.2 Các chiến lợc điều khiển

2.6.3 Nguyên tắc điều khiển

2.6.3.1 Các loại xung mồi thyristor

2.6.3.2 Các nguyên tắc điều khiển

2.6.3.3 Phân cấp hệ thống điều khiển

2.7 Các dạng sự cố và hệ thống bảo vệ

2.8 Vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống AC/DC

2.8.1 Giới thiệu

2.8.2 Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống AC/DC

2.9 Một số vấn đề về thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo dỡng

Chơng 3 : Tổng quan về hệ thống truyền tải điện

của Việt Nam hiện tại và định hớng phát triển

3.1 Tình hình tiêu thụ điện hiện tại, hiện trạng nguồn và hệ thống

truyền tải điện Việt Nam

3.1.1 Tình hình tiêu thụ điện hiện tại :

3.1.2 Hiện trạng nguồn điện

3.1.3 Hiện trạng hệ thống truyền tải điện Việt Nam

3.1.3.1 Lới truyền tải siêu cao áp 500kV

3.1.3.2 Lới truyền tải 220kV, 110kV và 66kV

3.2 Dự báo nhu cầu tiêu thụ điện và định hớng phát triển nguồn

lới tới 2025

3.2.1 Dự báo nhu cầu điện toàn quốc tới 2025

3.2.2 Chơng trình phát triển nguồn điện tới 2025

3.2.2.1 Kế hoạch xây dựng nguồn giai đoạn 2006-2010

3.2.2.2 Chơng trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2011-

2015 (theo phơng án phụ tải cơ sở)

3.2.2.3 Chơng trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2016 –

2020 - 2025

3.2.3 Chơng trình phát triển lới điện truyền tải tới 2025

3.2.3.1 Chơng trình phát triển lới điện 500kV

3.2.3.2 Chơng trình phát triển lới điện 220kV, 110kV

Chơng 4 : đề xuất phơng án áp dụng truyền tảI

điện một chiều điện áp cao (HVDC trong hệ thống )

điện việt nam, thiết kế sơ bộ và tính toán chế độ

vận hành của đờng dây tải điện một chiều

4.1 Phơng án xây dựng đờng dây truyền tải điện HVDC trong

hệ thống điện Việt Nam

4.1.1 Đặt vấn đề

4.1.2 Lựa chọn phơng án xây dựng đờng dây truyền tải điện

một chiều thay thế cho phơng án xây dựng đờng dây

truyền tải điện xoay chiều

4.2 Thiết kế sơ bộ hệ thống tải điện HVDC Sơn La – Nho Quan

4.2.1 Lựa chọn sơ đồ liên kết và cấp điện áp

4.2.2 Lựa chọn sơ đồ cho bộ biến đổi

4.2.3 Tính chọn các thông số cơ bản của đờng dây tải điện

4.2.3.1 Lựa chọn dây dẫn điện

4.2.3.2 Lựa chọn dây chống sét và dây cáp quang

4.2.4 Tính chọn máy biến áp cho bộ biến đổi

4.2.5 Tính chọn thyristor cho bộ biến đổi

4.2.6 Tính chọn bộ lọc phía xoay chiều và một chiều

4.2.6.1 Bộ lọc phía xoay chiều

4.2.6.2 Bộ lọc phía một chiều

4.2.7 Tính chọn kháng san phẳng dòng điện

4.2.8 Tính toán bù công suất phản kháng của hệ thống HVDC

4.2.8.1 Tỷ số máy biến áp không đổi

4.2.8.2 Tỷ số máy biến áp thay đổi

4.2.9 Kiểm tra dung lợng bù của bộ lọc

Bình

và Sơn La – Nho Quan và phơng án xây dựng đờng dây tải

điện HVDC Sơn La Nho Quan Nhận xét, đánh giá kết quả tính

toán

4.3.1 Phần mềm tính toán ứng dụng

4.3.2 Mô phỏng đờng dây truyền tải điện một chiều Sơn La –

Nho Quan trong chơng trình PSS/E

4.3.3 Tính toán các chế độ vận hành theo phơng án cơ sở và

phơng án xây dựng đờng dây tải điện HVD Sơn La C –

Nho Quan Một số nhận xét và đánh giá

Kết luận và hớng phát triển của đề tài

Tài liệu tham khảo

Danh môc c¸c kÝ hiÖu vµ c¸c ch÷ viÕt t¾t

6 B¶ng 3.3 DiÔn biÕn t¨ng trëng c«ng suÊt ph¸t max giai

®o¹n 2000-2004

71

7 B¶ng 3.4 Thèng kª khèi lîng ®êng d©y vµ tr¹m biÕn ¸p

theo c¸c cÊp ®iÖn ¸p theo c¸c cÊp ®iÖn ¸p

11 B¶ng 3.8 KÕt qu¶ dù b¸o phô t¶i ®iÖn toµn quèc tíi 2025 74

12 B¶ng 3.9 Tæng hîp khèi lîng x©y dùng líi ®iÖn truyÒn

t¶i tíi 2025 theo TS§-6

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

1 Hình 1.1 Đờng dây truyền tải điện xoay chiều

800kV (công suất truyền tải 2000MW, hành lang tuyến 75m) và một chiều 500kV (công suất truyền tải 3000MW, hành lang tuyến 50m)

19

2 Hình 1.2 Hành lang tuyến cho hệ thống truyền tải

công suất 10.000MW với điện áp xoay chiều 800kV và HVDC 750kV

20

3 Hình 2.1 Cấu tạo của hệ thống HVDC lỡng cực 22

6 Hình 2.4 Sơ đồ liên kết đơn cực (monopolar link) 28

7 Hình 2.5 Sơ đồ liên kết lỡng cực ( bipolar link ) 29

8 Hình 2.6 Sơ đồ liên kết cùng cực tính ( omopolar m

link )

30

10 Hình 2.8 Sơ đồ liên kết một chiều có nhiều điểm đấu 32

13 Hình 2.11 Sơ đồ đấu nối tiếp hai chỉnh lu cầu ba pha 37

14 Hình 2.12 Dạng điện áp một chiều của sơ đồ nối tiếp 39

hai chỉnh lu cầu ba pha (góc điều khiển , α

17 Hình 2.15 Dạng sóng áp của nghịch lu cầu 3 pha 41

18 Hình 2.16 Sơ đồ thay thế tơng đơng đờng dây tải

23 Hình 2.21 Đờng đặc tính Pd- Id của bộ biến đôỉ 50

24 Hình 2.22 Các nguồn cung cấp công suất phản kháng 50

25 Hình 2.23 Dòng điện xoay chiều trong sơ đồ biến đổi

31 Hình 2.29 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ‘arccos’ 58

43 Hình 4.8 Phân bố công suất trên lới 500kV năm

2015 theo phơng án cơ sở – không xây dựng đờng dây tải điện HVDC Chế độ phụ tải cực đại

115

44 Hình 4.9 Phân bố công suất trên lới 500kV năm

theo phơng án – xây dựng đờng dây tải

điện HVDC Sơn La – Nho Quan Chế độ phụ tải cực đại

116

Mở ĐầU

Trên thế giới đã có nhiều nớc áp dụng công nghệ truyền tải điện một chiều vào việc truyền tải điện năng, kết nối các hệ thống khác tần số… nhìn chung cho tới nay các hệ thống đó đều vận hành hiệu quả và kinh tế So với phơng pháp truyền tải điện xoay chiều thì truyền tải điện một chiều có một

số u điểm vợt trội nh khoảng cách truyền tải không bị hạn chế, nâng cao

độ ổn định, giảm đáng kể khối lợng xây dựng đờng dây truyền tải, giảm hành lang tuyến, giảm mức độ ảnh hởng tới môi trờng, giảm tổn thất, cho phép điểu khiển dòng công suất một cách linh hoạt…

Cho đến nay ở Việt Nam hiện vẫn chỉ sử dụng phơng pháp truyền tải

điện xoay chiều ba pha truyền thống với các cấp điện áp từ 110kV tới 500kV

Do đó trong thời gian tới cần thiết phải nghiên cứu tính khả thi của việc sử dụng truyền tải điện một chiều cho hệ thống điện Việt Nam, điều này xuất phát từ thực tế : Xu hớng liên kết lới điện khu vực (với Lào và Trung Quốc

…), diện tích đất giành để xây dựng lới điện ngày một giảm, đờng dây xây dựng đi qua các khu dân c tập trung dẫn đến yêu cầu giảm thiểu tác động tới môi trờng, sức khỏe… Theo Tổng sơ đồ VI, đến năm 2020, trong hệ thống

điện Việt Nam sẽ hình thành các trung tâm nguồn có công suất lớn nh Sơn

La, Mông Dơng, Ô Môn… Để truyền tải hết công suất các nguồn này vào hệ thống, ngoài giải pháp xây dựng các tuyến dây xoay chiều siêu cao áp 500kV thì việc áp dụng phơng pháp truyền tải điện một chiều điện áp cao cũng cần

đợc xem xét Xuất phát từ yêu cầu thực tế nói trên, tác giả đã chọn đề tài

“Nghiên cứu khả năng áp dụng công nghệ truyền tải điện một chiều trong hệ thống điện Việt Nam”

Mục đích của luận văn là lựa chọn một phơng án xây dựng đờng xây dây truyền tải điện một chiều cho hệ thống điện Việt Nam và thiết kế sơ bộ tuyến đờng dây một chiều này Đồng thời luận văn cũng áp dụng chơng

trình để mô phỏng và tính toán các chế độ xác lập của hệ thống khi đa tuyến dây tải điện một chiều vào làm việc

Nội dung của luận văn bao gồm 4 chơng và phần phụ lục (Xem mục lục)

Tác giả xin đợc bày tỏ lòng biết ơn sự hớng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy giáo, GS.TS Lã Văn út, Bộ môn Hệ thống điện, rờng Đại học Bách Tkhoa Hà Nội

Xin chân thành cảm ơn các thày cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện, Trung tâm Bồi dỡng và Đào tạo sau Đại học Trờng Đạ- i học Bách khoa Hà Nội

Xin chân thành cảm ơn các bạn bè, đồng nghiệp đã có những ý kiến,

đóng góp quý báu

Do thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu liên quan đến nhiều lĩnh vực và vốn hiểu biết của tác giả còn hạn chế nên chắc chắn luận văn còn nhiều thiếu sót Tác giả rất mong nhận đợc sự góp ý của các thầy cô giáo, các chuyên gia, bạn bè đồng nghiệp

Xin trân trọng cảm ơn !

Chơng 1 Tổng quan về công nghệ truyền tải điện một chiều điện áp cao

1 1 T óm lợc lịch sử phát triển của công nghệ truyền tải điện một chiều điện áp cao

Hệ thống truyền tải một chiều điện áp cao (High voltage, direct current – HVDC electric power transmission system), gọi tắt là hệ thống HVDC, là một phơng pháp để truyền tải điện năng với công suất lớn Kĩ thuật truyền tải

điện một chiều bắt đầu đ ợc phát triển mạnh thập niên ba mơi thế kỉ trớc từ Ban đầu các van hồ quang thuỷ ngân đợc sử dụng rộng rãi trong việc thiết kế các hệ thống truyền tải một chiều tới thập niên 70, sau đó các hệ thống truyền tải một chiều chỉ còn sử dụng các thiết bị bán dẫn trạng thái rắn (solid – state semiconductor device)

Cùng với sự phát triển của các van điện tử công suất có điều khiển (Thiristor, GTO, IGBT ) đã khiến cho công nghệ truyền tải điện một chiềutrở nên có tính khả thi cao Đến nay trên thế giới nhiều nớc đã và đang áp dụng hệ thống truyền tải điện một chiều ới đây là một số ví dụ đợc nhiều , dngời biết tới:

- ở Itaipu, Brazil, hệ thống HVDC đợc lựa chọn để cung cấp công suất tần số 50 Hz vào hệ thống 60Hz, và để truyền tải kinh tế một lợng công suất tới 12.600MW của nhà máy thuỷ điện qua khoảng cách 800km

- ở Leyte – Luzon, Philippine, hệ thống HVDC đợc sử dụng để truyền tải điện năng giữa các đảo và nâng cao độ tin cậy cho lới điện Manila

- ở Rihand – Delhi, ấn Độ, hệ thống HVDC đợc lựa chọn để truyền tải lợng công suất 1.500MW tới New Delhi, đảm bảo các mục tiêu : Tổn thất và hành lang tuyến nhỏ nhất, độ tin cậy và khả năng điều khiển tốt hơn

- Hệ thống HVDC đợc lựa chọn để đảm bảo việc truyền tải 1000MW từ

Arghentina (hệ thống tần số 50Hz) tới Brazil ( hệ thống 60Hz).

- ở Queensland, australia, hệ thống HVDC đợc lựa chọn để kết nối qua lại giữa hai hệ thống xoay chiều của New South Wales và Queensland,

đảm bảo mức độ ảnh hởng môi trờng thấp nhất và giảm thiểu thời gian xây dựng

1 2 Giới thiệu một số hệ thống truyền tải HVDC điển hình trên thế giới

1.2.1 ItaiPu, hệ thống HVDC lớn nhất trên thế giới

Cho đến nay hệ thống HVDC ItaiPu của Brazil là hệ thống truyền tải điện một chiều ấn tợng nhất thế giới Nó có công suất chuyên tải lên tới 12.600MW và điện áp DC lên tới ±600kV Hệ thống bao gồm hai đờng dây lỡng cực mang tả công suất tổng cộng 12.600MW của nhà máy thuỷ điện i Itaipu (tần số 50Hz) phát vào hệ thống 60Hz ở SaoPaolo, một trung tâm công nghiệp của Brazil

Việc truyền tải đợc bắt đầu trên lỡng cực thứ nhất vào tháng 10 năm

1984, và trên lỡng cực thứ hai vào tháng 7 năm 1987

Hệ thống truyền tải HVDC đợc lựa chọn bởi 2 lí do chủ yếu sau :

- Truyền tải công suất từ máy phát tần số 50Hz vào hệ thống 60Hz

- Tính kinh tế khi truyền tải điện năng qua một khoảng cách lớn

Một số thông số kĩ thuật của hệ thống :

- Thời gian đi vào vận hành : 1984-1987

- Công suất truyền tải : 12.600MW

- Cấp điện áp một chiều : 600kV±

- Chiều dài của đờng dây trên không : 785 km + 805km

1.2.2 Hệ thống HVDC Leyte Luzon, Philipine

-Công ty năng lợng quốc gia Philipine đã xây dựng một liên kết HVDC

đơn cực công suất 440MW điện áp DC 350kV, để truyền tải công suất từ nhà - máy điện địa nhiệt trên đảo Leyte tới phía Nam của đảo lớn Luzon để cung cấp cho lới xoay chiều của khu vực Manila Hệ thống vận hành vào tháng 8 năm 1998

Kết nối HVDC đã cho thấy tính hợp lí đối với cả phụ tải công nghiệp và dân c, không chỉ bởi lợng công suất bổ sung lớn mà còn bởi hiệu quả cải thiện ổn định vốn có của liên kết HVDC trên lới xoay chiều

Một số thông số kĩ thuật của hệ thống :

- Thời gian đi vào vận hành : 1998

- Công suất truyền tải : 440MW

- Cấp điện áp một chiều : 350kV

- Chiều dài của đờng dây trên không : 430 km

- Chiều dài đoạn cáp ngầm qua biển : 21km

1.2.3 Hệ thống HVDC Rihand Delhi, India -

Nhà máy nhiệt điện chạy than đợc xây dựng ở quận Sonebhadra của bang Uttar Pradesh có công suất 3000MW Một phần công suất của nhà máy (1.500MW) đợc chuyên tải bởi đờng dây HVDC lỡng cực Rihand – Delhi

có cấp điện áp DC 500kV hần công suất ± P còn lại đợc truyền tải bằng

đờng dây xoay chiều hai mạch 400kV

Mục đích chính của liên kết HVDC là chuyên tải điện năng một cách hiệu quả và kinh tế nhất tới vùng phía Bắc, đáp ứng cấp bách nhu cầu điện của khu vực này Một số lí do chủ yếu dẫn đến việc lựa chọn liên kết HVDC thay cho liên kết xoay chiều 400kV là :

- Hiệu quả kinh tế cao hơn

- Yêu cầu hành lang tuyến giảm đi một nửa

- Tổn thất truyền tải thấp hơn

- Độ ổn định và khả năng điều khiển tốt hơn

Một số thông số kĩ thuật của hệ thống :

- Thời gian đi vào vận hành : 1990

- Công suất truyền tải : 1.500MW

- Cấp điện áp một chiều : 500kV ±

- Chiều dài của đờng dây trên không : 814 km

1.2.4 Hệ thống liên kết HVDC ‘back to back‘ giữa Argentina và Brazil

Một trạm biến đổi HVDC công suất 1100MW điện áp DC 70kV đợc -

đặt ở Garabi, Brazil gần biên giới với Argentina Lới điện Brazil có tần số 60Hz còn lới điện của Argentina có tần số 50Hz Liên kết hai chiều này vận hành vào đầu năm 2000 Hệ thống truyền tải xuyên biên giới cho phép hai nớc sử dụng nguồn điện năng của mình hiệu quả và ổn định hơn

1.3 u nhợc điểm của truyền tải - HVDC và các ứng dụng :

- Điều khiển dòng năng lợng rất nhanh, do đó nâng cao độ ổn định, không chỉ đối với các liên kết HVDC mà còn đối với hệ thống xoay chiều bao quanh

- Hớng của dòng năng lợng có thể thay đổi trong thời gian ngắn

- Một liên kết HVDC không làm gia tăng công suất dòng ngắn mạch tại

điểm kết nối, do đó không cần thay đổi máy cắt trong lới điện hiện có

- Hệ thống HVDC có thể truyền tải công suất lớn hơn đối với cùng một

cỡ dây so với hệ thống xoay chiều

- Cùng một công suất truyền tải thì cấp điện áp của đờng dây HVDC thấp hơn đờng dây AC do đó yêu cầu cách điện cũng đơn giản hơn

- Hành lang tuyến của đờng dây truyền tải điện một chiều nhỏ hơn nhiều so với truyền tải điện xoay chiều với cùng công suất truyền tải Tác

động môi trờng của truyền tải điện một chiều cũng ít hơn

- Với bộ biến đổi sử dụng GTO (Gate turn off Thyristor) hoặc IGBT

(Insulated gate bipolar transistor) cho phép điều khiển dòng công suất tác

dụng và phản kháng độc lập, không cần bổ sung thêm thiết bị bù

- Cho phép truyền tải điện năng giữa hai hệ thống xoay chiều có tần số khác nhau (liên kết qua lại giữa hai hệ thống xoay chiều khác tần số)

- Hiện nay công nghệ truyền tải điện một chiều khá phổ biến trên thế giới

và có độ tin cậy cao, đã đợc nghiên cứu và vận hành trên 30 năm

Hình 1.1 : Đờng dây truyền tải điện xoay chiều 800kV (hình trên, công suất truyền tải 2000MW, hành lang tuyến 75m và một chiều 500kV (hình ) dới, công suất truyền tải 3 00MW, hành lang tuyến 50m)0

Hình 1.2 : Hành lang tuyến cho hệ thống truyền tải công suất 10.000MW

với điện áp xoay chiều 800kV và HVDC 750kV

1.3.2 Nhợc điểm :

- Giá thành của bộ biến đổi còn cao

- Bộ biến đổi có khả năng chịu quá tải không cao và rất nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm không khí

- Phải lắp đặt thêm các thiết bị bù công suất phản kháng tại trạm biến

1.3.3 Một số ứng dụng phổ biến của hệ thống truyền tải HVDC :

- Truyền tải công suất qua một khoảng cách lớn trên đất liền và dới nớc

- Liên kết hai hệ thống xoay chiều khác tần số

- Kết nối các máy phát điện bằng sức gió, nhà máy thuỷ điện vào hệ

thống

- Nâng cao độ ổn định hệ thống

Đối với các ứng dụng nêu trên hệ thống HVDC tỏ ra là sự lựa chọn kinh

tế và giảm thiểu tác hại xấu tới môi trờng Cùng với sự phát triển của kĩ thuật, nhu cầu liên kết các lới điện khu vực, các nỗ lực bảo vệ môi trờng đã khiến cho trong nhiều trờng hợp hệ thống truyền tải HVDC là sự lựa chọn tốt nhất

Ch¬ng 2 cÊu t¹o cña hÖ thèng truyÒn t¶I

®iÖn mét chiÒu ®iÖn ¸p cao

2 1 C¸c bé phËn chÝnh cña hÖ thèng HVDC :

VÝ dô ®îc minh häa trong h×nh 2.1 m« t¶ c¸c bé phËn chÝnh cña hÖ thèng truyÒn t¶i ®iÖn mét chiÒu lìng cùc (bipolar), hÖ thèng nµy ®îc sö dông kh¸ phæ biÕn

H×nh 2.1 CÊu t¹o cña hÖ thèng HVDC lìng cùc

Hình 2.2 Hình ảnh một Modul Thyristor

2.1.1 Tr ạm biến đổi : Có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều thành

một chiều (trạm chỉnh lu – Rectifier station) và một chiều thành xoay chiều (trạm nghịch lu – Inverter station) Quá trình truyền tải điện năng giữa hai

điểm yêu cầu hai trạm biến đổi nói trên Vai trò của trạm chỉnh lu và nghịch lu có thể đợc chuyển đổi cho nhau dẫn đến sự đảo chiều của luồng công suất Một trạm biến đổi điển hình thờng có hai nhóm biến đổi 12 xung mỗi cực Những phần tử chính của một trạm biến đổi là :

+ Thiết bị biến đổi : Bộ phận này thông thờng có cấu hình hai cầu biến

đổi (sử dụng van bán dẫn diod hay thyristor ) 3 pha liên kết nối tiếp để tạo …thành một thiết bị biến đổi 12 xung ( xem hình 2.1) Tổng số van trong mỗi

đơn vị là 12 Các van này đợc tổ hợp thành các cấu hình van đơn (single valve), van kép (double valve) và cấu hình 4 van Mỗi van đợc sử dụng để chuyển mạch một đoạn sóng điện áp xoay chiều Nguồn cấp cho bộ biến đổi

là các máy biến áp đợc kết nối theo các tổ đấu dây Y/Y và Y/∆

Các van đợc làm mát bằng không khí, nớc, dầu hay khí Freon Việc làm mát bằng chất lỏng sử dụng nớc đợc khử ion hóa là hiệu quả hơn cả và góp phần giảm tổn thất trong trạm Khả năng tải của một nhóm van thông thờng bị hạn chế bởi dòng ngắn mạch hơn là yêu cầu mang tải trong chế độ

xác lập Thiết kế van đợc dựa trên khái niệm modul, mỗi modul bao gồm một số lợng xác định các thyristor ghép nối tiếp nhau hoặc song song để đạt đợc điện áp và dòng điện làm việc theo yêu cầu Ngày này ngời ta đã chế tạo đợc các thyristor có dòng định mức tới 4000A và điện áp làm việc tới 8kV

Hình 2.3 Bộ biến đổi 12 xung

Thiết bị biến đổi đặt trong nhà có thể đợc treo lên trần hoặc đặt trên cách điện với sàn nhà Gần đây đã chế tạo đợc các bộ biến đổi lắp đặt ngoài trời

Các tín hiệu điều khiển van đợc tạo ra trong bộ điều khiển có điện thế

đất và đợc truyền tới mỗi thyristor trong van thông qua một hệ thống dẫn hớng cáp quang Tín hiệu quang nhận

đợc tại thyristor sẽ đợc biến đổi thành tín hiệu điện sử dụng thiết bị khuyếch đại cùng với máy biến áp xung Đi kèm với các van là các thiết bị bảo vệ : quá áp, quá nhiệt …

Gần đây ngời ta còn sử dụng bộ biến đổi sử dụng van VSC (Voltage source converter- bộ biến đổi nguồn áp) vào mục đích nâng cao độ ổn định của hệ thống, đây là một ứng dụng rất quan trọng của bộ biến đổi nguồn áp VSC Mỗi van đơn lẻ trong cầu biến đổi đợc cấu thành từ một số các tranzito có cực điều khiển cách li ( IGBT – insulated gate bipolar tranzito ) Các thiết bị

điều khiển và thiết bị làm lạnh có thể đợc đóng kín trong các container tiêu chuẩn để thuận tiện cho vận chuyển và lắp đặt

+ Máy biến áp của bộ biến đổi (MBA): Các máy biến áp chuyển đổi cấp

điện áp xoay chiều về cấp điện áp thích hợp cho bộ biến đổi của hệ thống truyền tải điện một chiều và chúng tham gia vào điện kháng chuyển mạch Máy biến áp có thể có các cấu hình khác nhau, thông thờng là loại ba pha hay tổ hợp ba máy biến áp một pha, phía thứ cấp nối hình sao và tam giác với điểm trung tính không nối đất Phía sơ cấp máy biến áp đợc liên kết song song và điểm trung tính đợc nối đất

Máy biến áp sử dụng cho bộ biến đổi có khe hở cách điện giữa cuộn dây

và gông từ lớn hơn máy biến áp thông thờng, đợc thiết kế chịu điện áp một chiều và tổn hao dòng điện xoáy do từ thông chứa nhiều sóng hài làm nóng dầu máy biến áp và gây tiếng ồn Khi vận hành các pha không làm việc đồng thời mà luân phiên theo sự làm việc của các dơng cực của bộ biến đổi, nh vậy máy biến áp luôn làm việc trong trạng thái không đối xứng, nên phải chọn sơ đồ nối dây sao cho đảm bảo đợc điều kiện từ hóa bình thờng của các trụ lõi thép và giảm thiểu đợc sự đập mạch của điện áp và dòng điện chỉnh lu

Điều áp dới tải của MBA tác động khi điện áp mạch xoay chiều thay đổi, góp phần làm giảm công suất phản kháng cung cấp cho bộ biến đổi

+ Các bộ lọc xoay chiều và nhóm tụ điện : ở phía xoay chiều của bộ biến

đổi 12 xung, hài bậc 11, 13… đợc sinh ra Các sóng hài ngoài tác hại nh gây nhiễu tín hiệu thông tin còn gây tổn thất, méo dạng điện áp, làm phát nóng thiết bị… Do đó các bộ lọc đợc lắp đặt nhằm mục đích hạn chế sónghài tới mức độ chấp nhận của lới điện Bộ lọc có thể sử dụng các phần tử thụ

động L C, trong tơng lai các bộ lọc xoay chiều tích cực sẽ đợc áp dụng- Trong quá trình làm việc, bộ biến đổi tiêu thụ một lợng khá lớn công suất phản kháng, lợng công suất phản kháng này đợc bù đắp một phần bởi nhóm

bộ lọc và phần còn lại bởi nhóm tụ điện

+ Các bộ lọc một chiều : ở phía một chiều bộ biến đổi 12 xung sinh ra các sóng hài bậc 12,24… Các sóng hài nh vậy có thể tạo ra sự nhiễu loạn trong các hệ thống viễn thông Do đó các bộ lọc một chiều đợc thiết kế đặc biệt đợc sử dụng nhằm mục đích giảm mức độ gây nhiễu Thông thờng các

bộ lọc một chiều không cần thiết nếu sử dụng cáp để truyền tải Nhng trong trờng hợp đờng dây trên không thì việc lắp đặt bộ lọc một chiều là cần thiết Thông thờng các bộ lọc phía một chiều có giá thành thấp hơn bộ lọc phía xoay chiều

+ Bộ lọc cao tần : Bộ lọc này đợc lắp đặt ở cả phía xoay chiều và một

chiều để khử các sóng hài tần số cao

+ Kháng san phẳng dòng điện nối tiếp với mỗi cực của bộ biến đổi nhằm mục đích hạn chế sự đập mạch của điện áp và dòng điện một chiều, hạn chế vùng dòng điện gián đoạn, hạn chế đảo mạch không mong muốn phía nghịch lu, hạn chế dòng điện xung ở chỉnh lu khi có ngắn mạch phía đờng dây một chiều và bảo vệ chống sét trên đờng dây một chiều Lựa chọn đúng giá trị của cuộn kháng sẽ thay đổi tần số cộng hởng nối tiếp phía một chiều ở những hài bậc thấp, tránh sự cộng hởng ở tần số cơ bản một nguyên nhân gây bão hòa MBA của bộ biến đổi

+ Thiết bị bù công suất phản kháng : Khi vận hành trạm biến đổi yêu cầu cung cấp công suất phản kháng, độ lớn của nó phụ thuộc vào công suất tác dụng (khoảng 50 60% công suất tác dụng) Rất may, một phần lợng công -:-suất phản kháng yêu cầu này đợc cung cấp bởi chính bộ lọc xoay chiều Thêm vào đó các cụm tụ bù nối song song (shunt capacitor), máy bù đồng bộ, hoặc SVC (static var compensator) cũng đợc sử dụng tuỳ thuộc vào yêu cầu của hệ thống

+ Máy cắt và dao cách li phía xoay chiều để loại trừ sự cố và cách li hệ thống một chiều Phía một chiều các máy cắt và dao cách li cũng đợc sử dụng đóng cắt dòng điện tải và loại trừ sự cố

+ Ngoài các thiết bị chính kể trên còn phải kể tới các thiết bị đo lờng và bảo vệ cũng là một phần không thể thiếu của trạm biến đổi

2.1.2 Thiết bị truyền tải : Các đờng dây tải điện một chiều có nhiệm vụ truyền tải công suất từ phía chỉnh lu sang nghịch lu

+ Đối với việc truyền tải điện năng công suất lớn trên mặt đất thì phơng tiện truyền tải phổ biến nhất là đờng dây trên không Đờng dây này thông thờng là lỡng cực (hai đờng dây với hai cực tính khác nhau) Cáp HVDC thông thờng đợc sử dụng khi đi ngầm dới biển Những kiểu phổ biến nhất

của cáp ngầm là loại cách điện rắn và loại cách điện dầu, trong đó loại đầu tiên là kinh tế hơn cả Cách điện của nó bao gồm nhiều băng giấy cách điện

đợc thấm đẫm dầu nhớt có độ đậm đặc cao Không có sự hạn chế về độ dài

đối với loại cáp này và độ sâu cho phép có thể tới 1000m Loại cáp đổ đầy dầu

đợc đổ loại dầu nhớt có độ đậm đặc thấp và luôn làm việc dới một áp suất Chiều dài tối đa cho kiểu cáp này thờng khoảng 60km Sự phát triển các loại cáp mới đã và đang gia tăng trong những năm gần đây

Nguyên tắc để xác định kích thớc của đờng dây trên không và cột đỡ của đờng dây tải điện một chiều tơng tự nh đờng dây xoay chiều Tiết diện dây dẫn đợc lựa chọn theo mật độ dòng điện kinh tế (Jkt) Việc phân pha

đợc thực hiện nhằm tăng đờng kính tơng đơng, nâng cao hiệu quả sử dụng của dây dẫn

Trên đờng dây có treo hai dây chống sét bảo vệ (trong đó một dây kết hợp với cáp quang phục vụ thông tin) với góc bảo vệ là 18o Nối đất luôn đợc thực hiện để giảm bớt sóng hài và giảm nhiễu đờng dây thông tin

2.1.3 Nối đất : Hầu hết các liên kết một chiều đều sử dụng nối đất nh

là dây trung tính Khi nối đất yêu cầu mặt bằng rộng để giảm dòng rò và gradient điện áp, để hạn chế dòng qua đất có thể dùng dây dẫn kim loại Địa

điểm chọn đặt hệ thống điện cực nối đất phả có điện trở suấti đủ bé, xa khu vực thành thị, các đờng ống, công trình ngầm, trạm biến đổi… để ngăn chặn hiện tợng ăn mòn hóa điện, dòng rò vào MBA của bộ biến đổi, nhiễu thông tin Các điện cực cần đợc khoan sâu dới lòng đất do điện trở suất của lớp đất gần bề mặt thờng khá cao

2 2 Một số sơ đồ liên kết cơ bản, phân tích và đánh giá

Các liên kết một chiều phổ biến có các cấu hình cơ bản dới đây :

2.2.1 Sơ đồ liên kết đơn cực ( monopolar link):

Hình 8 Sơ đồ liên kết đơn cực (Monopolar link)

Hình 2.4 Sơ đồ liên kết đơn cực ( monopolar link )

Trong cấu hình này có một dây dẫn cực tính dơng hoặc âm (thông thờng là âm) Đất hoặc nớc biển đợc sử dụng làm đờng trở về Do gây ra một số ảnh hởng xấu nh : ăn mòn hóa điện điện cực nối đất, trong nớc biển

có thể sinh ra Chlorine hoặc một số hóa chất độc hại khác, làm nhiễu la bàn

…nên trong một số trờng hợp phía nối đất của trạm chỉnh lu và nghịch lu

có thể đợc liên kết với nhau bằng một dây kim loại Khi dùng cáp có vỏ bọc kim loại thì vỏ cáp sẽ đợc sử dụng làm đờng trở về

Hệ thống đơn cực hiện đại áp dụng cho đờng dây trên không có thể chuyển tải công suất lên tới 1500MW Nếu sử dụng cáp ngầm dới đất hoặc biển thì điển hình có thể mang tải tới 600MW

u điểm :

- Sơ đồ tơng đối đơn giản

- Giảm chi phí đờng dây

- Có thể mở rộng thành sơ đồ hai cực để tăng công suất chuyên tải Nhợc điểm :

- Độ tin cậy và tính linh hoạt không cao

- Công suất truyền tải không lớn

2.2.2 Sơ đồ liên kết lỡng cực (bipolar link) :

Trong cấu hình này một cặp đờng dây có điện thế ngợc dấu đợc sử

I

dụng, vì vậy các đờng dây này cần phải đợc cách điện đầy đủ Chi phí cho

hệ thống truyền tải một chiều lỡng cực cao hơn cấu hình liên kết đơn cực với một dây dẫn trở về Đờng dây tải điện một chiều lỡng cực có hiệu quả tơng

đơng với đờng dây xoay chiều mạch kép Khi mang tải bình thờng, dòng

điện chạy vào đất rất nhỏ giống nh trờng hợp cấu hình đơn cực có dây dẫn trở về, do đó giảm thiểu đợc tổn thất do dòng tiếp đất và giảm ảnh hởng tới môi trờng Khi có sự cố trên một đờng dây, với các điện cực nối đất đợc

sử dụng làm đờng về thì đờng dây sẽ tiếp tục vận hành trong trạng thái đơn cực Với cùng công suất truyền tải so với đờng dây đơn cực, thì đờng dây lỡng cực chỉ phải mang một dòng điện có giá trị phân nửa so với đờng dây

đơn cực Khi đi qua các địa hình bất lợi thì hai đờng dây có thể đi trên các hàng cột khác nhau, phòng khi có một đờng dây bị sự cố thì đờng dây còn lại vẫn tiếp tục truyền tải một phần công suất Khi điện trở đất cao có thể lắp

đặt thêm đờng dây trở về, đờng dây này không đòi hỏi mức cách điện cao

và có thể sử dụng làm dây chống sét cho đờng dây trên không, nếu đợc cách

điện đầy đủ thì có thể sử dụng làm dây dự phòng Trên thực tế cấu hình này

đợc sử dụng khá phổ biến

Hình 2.5 Sơ đồ liên kết lỡng cực ( bipolar link )

u điểm :

- Độ tin cậy và tính linh hoạt cao

- Khả năng truyền tải công suất lớn gấp đôi sơ đồ đơn cực

i

- ít gây nhiễu hơn sơ đồ đơn cực

- Dễ dàng thay đổi chiều công suất chuyên tải

Nhợc điểm :

- Chi phí cao hơn sơ đồ đơn cực

2.2.3 Sơ đồ liên kết cùng cực tính (homopolar link) :

Sơ đồ này sử dụng hai hay nhiều đờng dây cùng cực tính, thờng có dấu

âm để giảm nhiễu và tổn thất vầng quang Đờng trở về qua điểm giữa đợc nối đất Khi một dây dẫn bị sự cố, hệ thống sẽ vận hành nh cấu hình liên kết

đơn cực tiếp tục truyền tải một phần công suất Cấu hình này cũng đợc sử dụng khá phổ biến

Hình 2.6 Sơ đồ liên kết cùng cực tính ( homopolar link )

u điểm :

- Độ tin cậy và tính linh hoạt cao

- Khả năng truyền tải công suất lớn gấp đôi sơ đồ đơn cực

2.2.4 Sơ đồ chỉnh lu và nghịch lu đặt kề nhau (back to back station) :

Cả hai bộ biến đổi chỉnh lu và nghịch lu đợc đặt cùng một chỗ, ở thông thờng trong cùng một tòa nhà và chiều dài của đờng dây tải điện một chiều chỉ là một vài mét Các trạm back to back thông thờng đợc sử dụng

để:

- Kết nối các hệ thống điện có tần số khác nhau

- Kết nối hai mạng điện có cùng tần số nhng không có sự liên hệ pha cố

định

- Kết nối các hệ thống có tần số và số pha khác nhau

Do chiều dài đờng dây tải điện ngắn nên cấp điện áp một chiều không cần cao ( thờng từ 50kV 150kV) L i sơ đồ này có thể dùng dây dẫn đơn -:- oạcực hay lỡng cực

Hình 2.7 Sơ đồ liên kết ‘back to back’

Do các bộ biến đổi đợc đặt tập trung nên rất thuận tiện cho việc điều khiển, vận hành, bảo dỡng Cấu hình này đặc biệt thích hợp khi cần nâng cao

độ ổn định hệ thống, hay liên kết hai hệ thống xoay chiều khác tần số

2.2.5 Sơ đồ liên kết nhiều điểm đấu :

Trong sơ đồ này có nhiều hơn hai trạm biến đổi đặt riêng biệt Nếu tất cả các trạm nối cùng cấp điện áp thì gọi là hệ thống một chiều nhiều điểm đấu song song Nếu có một hay nhiều trạm biến đổi đấu nối tiếp vào một cực hoặc cả hai cực gọi là hệ thống một chiều nhiều điểm đấu nối tiếp

Hệ thống một chiều nhiều điểm đấu đợc sử dụng để rút công suất dọc

đờng hoặc mở rộng hệ thống điện một chiều sẵn có u điểm của cấu hình này là làm tăng tính linh họat của hệ thống một chiều, tuy nhiên hiệu quả kinh

tế không cao vì phải xây thêm các trạm biến đổi làm phức tạp sơ đồ đấu nối

Hình 2.8 Sơ đồ liên kết một chiều có nhiều điểm đấu

2.2.6 Một số sơ đồ khác: Ngoài các dạng sơ đồ phổ biến nêu trên, còn có

sơ đồ nối trực tiếp máy phát với bộ chỉnh lu thông qua máy biến áp, sơ đồ này hay đợc sử dụng cho các máy phát thuỷ điện và tua bin gió Tần số của

điện áp xoay chiều nhận đợc sau bộ nghịch lu sẽ không phụ thuộc vào tốc

độ của tua bin

Nếu hệ thống chỉ chuyên tải công suất theo một chiều cố định thì phía chỉnh lu có thể thay thế thyristor bằng diod để giảm giá thành Khi đó phía xoay chiều yêu cầu mạch cắt tốc độ cao để bảo vệ quá dòng cho diod khi ngắn

mạch trên đờng dây một chiều

Trên cơ sở các sơ đồ cơ bản nêu trên, tùy theo các điều kiện và các yêu cầu thực tế mà có thể phát triển thành nhiều dạng sơ đồ khác nhau Trong một

số trờng hợp để chuyển đổi đờng dây truyền tải điện xoay chiều hiện có thành đờng dây truyền tải HVDC thì hai trong số 3 dây dẫn sẽ vận hành theo cấu hình lỡng cực, dây dẫn thứ ba đợc sử dụng giống nh một cực song song, đợc trang bị cùng với các van đảo chiều

2 3 Nguyên lí làm việc của trạm biến đổi và sơ đồ thay thế tơng

đơng đờng dây HVDC một cực

2.3.1 Nguyên lí làm việc của bộ chỉnh lu :

Chỉnh lu là quá trình biến đổi năng lợng dòng điện xoay chiều thành năng lợng dòng điện một chiều Hình vẽ 2.9 mô tả sơ đồ cấu trúc thờng gặp của mạch chỉnh lu

Chỉnh lu đợc phân loại theo một số cách sau đây :

a Phân loại theo số pha nguồn cấp cho mạch van : Một pha, hai pha, ba

pha, sáu pha

b Phân loại theo loại van bán dẫn : Hiện nay chủ yếu dùng hai loại van

là diod và thyristor , vì thế có 3 loại mạch sau đây :

- Mạch van dùng toàn diod, đợc gọi là chỉnh lu không điều khiển

- Mạch van dùng toàn thyristor, gọi là chỉnh lu điều khiển

- Mạch van dùng cả diod và thyristor, gọi là chỉnh lu bán điều khiển

c Phân loại theo sơ đồ mắc van với nhau, có hai cấu hình :

- Sơ đồ hình tia : ở sơ đồ này số lợng van sẽ bằng số pha nguồn cấp cho mạch van Tất cả các van đều đấu chung một đầu nào đó với nhau, hoặc catot chung hoặc anot chung

- Sơ đồ cầu : ở sơ đồ này số lợng van nhiều gấp đôi số pha nguồn cấp cho mạch van Trong đó một nửa số van mắc chung nhau catot, nửa kia lại mắc chung nhau anot

Luận văn sẽ tập trung vào phân tích mạch chỉnh lu cầu 3 pha 6 van

Đây là sơ đồ đợc sử dụng khá phổ biến do có một số u điểm cơ bản nh :

- Chịu đợc điện áp cao do có hai van mắc nối tiếp nhau

- Tần số đập mạch bằng 6 lần tần số nguồn cấp, hạn chế sóng hài bậc cao trong dòng sơ cấp

- Máy biến áp đợc sử dụng hiệu quả hơn vì trong mỗi chu kì dòng điện chạy qua cuộn dây thứ c p cả hai chiều nên mạch từ không bị bão hòa.ấ

- Hệ số điện áp cao ( Udo= (3√ π6/ ) Uf = 2,34Uf), do đó để đạt đợc điện

áp một chiều nh nhau thì sơ đồ cầu ba pha yêu cầu máy biến áp có tỷ số biến

đổi nhỏ hơn và yêu cầu cách điện thấp hơn

Điện áp của chỉnh lu có thể điều khiển đợc nhờ thay đổi góc mở α

thyristor Chỉnh lu có điều khiển đợc gọi là bộ biến đổi hai chiều vì cho phép công suất chạy theo cả hai chiều Chỉnh lu bán điều khiển cho phép

điều chỉnh điện áp nhng không đổi đợc chiều truyền tải Đầu ra của chỉnh

lu đợc coi là áp một chiều, nhng thực ra là điện áp đập mạch Tần số đập mạch càng cao thì dạng sóng ra càng ít nhấp nhô

Hệ thống HVDC với mục đích truyền tải công suất lớn nên ta chỉ xét bộ biến đổi ba pha Trong đó chỉnh lu cầu ba pha đợc xem là sơ đồ có nhiều u

điểm nhất và cũng đợc sử dụng phổ biến nhất

Sơ đồ chỉnh lu này gồm 6 thyristor đợc chia thành hai nhóm Nhóm catot chung T1,T3,T5 và nhóm anot chung : T2,T4,T6

Chỉnh lu cầu 3 pha là chỉnh lu cả 2 nửa chu kì, quá trình chuyển mạch xảy ra ở cả hai nhóm

- Nhóm lẻ : huyển mạch theo cvòng tròn T1->T3 >T5 >T1.- -

- Nhóm chẵn : chuyển mạch theo vòng tròn T2->T4 >T6 >T2.-

-Ta có thể coi dờng nh có hai mạch chỉnh lu tia ba pha đồng thời hoạt

động Điện áp một chiều nhận đợc U d phải là hiệu của hai điện áp của hai nhóm van U dN1 và U dN2

U d U = dN1 - U dN2 (2.1 )Giới hạn góc mở cực tiểu αmin = 50 để thyristor chắc chắn mở, ở chế độ làm việc bình thờng 150 ≤ α ≤ 200

Ta có các biểu thức :

- Lợng điện áp giảm do hiện tợng trùng dẫn (xem giải thích ở phần

‘hiện tợng trùng dẫn’) đợc tính theo biểu thức :

∆Uà 3X = a I d / π (2.2)

- Góc trùng dẫn à đợc xác định từ biểu thức :

(2.3 )m

d a

U

I X Cos

Cos

2

3

2 ) ( + =

α

Hình 2.10 Sơ đồ mạch chỉnh lu cầu 3fa

Ud

cos(

[cos 2

1 3

cos 6

3

π

α π

f do

Dòng điện trung bình chảy trong van Itbv = Id/3

- Điện áp ngợc lớn nhất mà thyristor phải chịu

Ungmax = √6 Uf = 2,45 Uf (2.5 )

- Công suất tính toán máy biến áp nguồn cấp cho bộ chỉnh lu cầu 3 pha: Pba = 1,05 Pd (W) (2 )6 Trong đó :

X a : Tổng kháng cuộn dây thứ cấp và sơ cấp MBA qui về phía thứ cấp

Id : Dòng điện một chiều chạy trong mạch ngoài chỉnh lu

Uf : Trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp của máy biến áp

1 pha một nửa CK 0,45U f I d 1,41U f 1,57I d 1,21I d K ba 3,09P d - 1 1,57

1 pha có điểm giữa 0,9U f I d /2 2,83 U f 0,58 I d 1,11I d K ba 1,48P d XaI d / π 2 0,67

1 pha sơ đồ cầu 0,9U f I d /2 1,41 U f 1,11 I d 1,11I d K ba 1,23P d 2XaI d / π 2 0,67

3 pha sơ đồ cầu 2,34U f I d /3 2,45 U f 0,816 I d 0,816I d K ba 1,05P d 3XaI d /πππππ 6 0,057

6 pha hình tia 1,35U f I d /6 2,83 U f 0,29 I d 0,58 I d K b a 1,56P d 3XaI d /2 π 6 0,057

6 pha có cuộn

kháng cân bằng

1,17U f I d /6 2,45 U f 0,29 I d 0,41 I d K ba 1,26P d 3XaI d /4 π 6 0,057

Đấu ghép các mạch chỉnh lu với nhau :

Trên thực tế có những trờng hợp đòi hỏi các van phải làm việc dới một

điện áp cao hoặc dòng điện lớn mà công nghiệp chế tạo van cha đạt tới đợc Trong những trờng hợp này ngời ta có thể dùng các biện pháp khắc phục nh sau:

- Đấu nối tiếp nhiều van hoặc đấu nối tiếp các mạch chỉnh lu với nhau

để chịu đợc điện áp cao

- Đấu song song nhiều van hoặc song song nhiều mạch chỉnh lu với nhau để chịu đợc dòng tải lớn

Một sơ đồ ghép nối đợc sử dụng phổ biến trong truyền tải HVDC là sơ

đồ đấu nối tiếp hai mạch chỉnh lu cầu ba pha để tạo thành bộ biến đổi 12 xung Nếu mạch có dùng biến áp thì hai cuộn dây thứ cấp có pha lệch nhau

30o

Hình 2.11 Sơ đồ đấu nối tiếp hai chỉnh lu cầu pha 3

Điều này cho phép điện áp ra U d = U d1 + U d2 có hệ số đập mạch gấp đôi

sơ đồ cầu thông thờng, có nghĩa là ở đây m đm = 12 và điện áp ra sẽ bằng phẳng hơn Sơ đồ này khử đợc sóng hài bậc 6 phía một chiều, bậc 5 và bậc 7

Ud2

Ud1

phía xoay chiều do đó giảm giá thành các bộ lọc sóng hài Hai máy biến áp

một đấu Y/Y, một đấu Y/ có điều áp dới tải.∆

Ta có các biểu thức tổng quát cho n mạch cầu ghép nối tiếp :

- Điện áp không tải lý tởng :

(2.7 )

- Giá trị điện áp trung bình khi có xét trùng dẫn

(2.8 )

- Thành phần cơ bản của dòng xoay chiều phía thứ cấp :

9 (2 )

Trong đó n là số cầu 3 pha mắc nối tiếp

Ghi chú : Udo điện áp không tải lí tởng phía chỉnh lu; Uf trị số hiệu

dụng của điện áp pha cuộn thứ cấp BA nguồn đấu Y/Y; Itbv trị số trung bình

của dòng điện qua van; Ungmax điện áp ngợc lớn nhất mà van phải chịu khi

làm việc; I2, I1 trị số hiệu dụng dòng điện cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp biến áp

nguồn; Id dòng một chiều chạy ở mạch ngoài chỉnh lu; Kba hệ số máy biến áp

nguồn; Pba công suất tính toán máy biến áp nguồn; Pd công suất 1 chiều phía

chỉnh lu : Pd=UdId; ∆Uà sụt áp do hiện tợng trùng dẫn gây ra; mđm hệ số

đập mạch; Kđm hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lu, Kđm = U1m/Udo , trong

đó U1m là biên độ sóng hài cơ bản của điện áp chỉnh lu theo khai triển

Fourier

nIXU

do d

π

α - 3cos