LUẬN VĂN THẠC SỸ HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU HVDC

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG 2: CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP (HVDC) CHƯƠNG 3. HIỆN TRẠNG VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGUỒN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI 500KV CỦA HTĐ VIỆT NAM ĐẾN NĂM 2025 (THEO TSĐ6). ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN HVDC CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐƯỜNG DÂY HVDC SƠN LA – NHO QUAN TRONG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM NĂM 2015

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐIỆN CAO ÁP

1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

CAO ÁP.

Hệ thống truyền tải điện một chiều điện áp cao (HVDC - High Voltage Direct

Current) là một phương pháp truyền tải điện năng với công suất lớn với khoảng

cách xa Kĩ thuật truyền tải một chiều này bắt đầu được phát triển mạnh từ thập niên

ba mươi thế kỉ trước

Trước thập niên 70 các van hồ quang thủy ngân được sử dụng rộng rãi trong việc

thiết kế các hệ thống truyền tải một chiều, 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 chiều trở nên có tính khả thi

cao Đến nay trên thế giới nhiều nước đã và đang áp dụng hệ thống truyền tải điện

một chiều, dưới đây là một số ví dụ được nhiều người biết tới:

- Ở Itaipu, Brazil, hệ thống HVDC được lựa chọn để cung cấp công suất tần số

50Hz vào hệ thống 60Hz, và để truyền tải một lượng công suất lên tới

12.600MW của nhà máy thủy điện qua khoảng cách 800km

- Ở Leyte - Luzon, Philipine, hệ thống truyền tải HVDC được sử dụng để truyền

tải điện năng giữa các đảo và nâng cao độ tin cậy cho lưới điện manila

- Ở Rihand – Delhi, Ấn Độ, Hệ thống truyền tải HVDC được lựa chọn để truyền

tải lượng công suất 1.500MW tới New Delhi để đảm bảo mục tiêu tổn thất và

hành lang tuyến nhỏ nhất và độ tin cậy và khả năng điều khiển tốt hơn

- Ở Queensland, Autralia, hệ thống truyền tải HVDC được lựa chọn để kết nối

qua lại giữa hai hệ thống xoay chiều của New South Wales và Queensland đảm

bảo mức độ ảnh hưởng môi trường thấp nhất và giảm nhiều thời gian xây dựng

Hình 1.1:Một số hệ thống truyền tải HVDC trên thế giới.

2 MỘT SỐ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC ĐIỂN HÌNH TRÊN THẾ

GIỚI

2.1 Itaipu, hệ thống truyền tải HVDC lớn nhất trên thế giới.

Cho đến nay hệ thống truyền tải điện HVDC Itaipu của Brazil là hệ thống truyền tải

điện một chiều ấn tượng nhất thế giới Hệ thống có công suất chuyên tải lên tới

12.600MW và điện áp DC lên tới ± 600kV Hệ thống bao gồm hai đường dây lưỡng

cực mang tải công suất tổng cộng 12.600MW của nhà máy thủy điện Itaipu (tần số

50Hz) phát vào hệ thống 60Hz ở Saopaolo (một trung tâm công nghiệp của Brazil)

Hình 1.2:Hệ thống truyền tải HVDC Itaipu-saopaolo

Việc truyên tải được bắt đầu trên lưỡng cực thứ nhất vào tháng 10 năm 1984, và

trên lưỡng cực thứ hai vào tháng 7 năm 1987

Hệ thống truyền tải HVDC được lựa chọn bởi 2 lý do chủ yếu như 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 lớn

Một số thông số kỹ 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 đường dây trên không: 800km

2.2 Hệ thống HVDC Leyte-Luzon, Philipine

Công ty năng lượng quốc gia Philipine đã xây dựng mộ hệ thống 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 lưới điện

xoay chiều của khu vực Manila Hệ thống vận hành vào tháng 8 năm 1998

Kết nối HVDC đã cho thấy tính hợp lý đối với cả phụ tải công nghiệp và dân cư,

không chỉ bởi lượng công suất bổ sung lớn mà còn hiệu quả cải thiện ổn định vốn

có của liên kết HVDC trên lưới xoay chiều

Hình 1.3:Hệ thống truyền tải HVDC Leyte-Luzon, Philipine

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 đường dây trên không: 430km

- Chiều dài đoạn cáp ngầm qua biển: 21km

2.3 Hệ thống HVDC Rihand – Delhi, India

Nhà máy nhiệt điện chạy than được xây dựng ở quận Sonebhadra của bang Uttar

Pradesh có công suất 3.000MW Một phần công suất của nhà máy (1.500MW)

được chuyên tải bởi được truyền tải bởi đường dây HVDC lưỡng cực Rihand-Delhi

có cấp điện áp DC ± 500kV Phần công suất còn lại được truyền tải bằng đường

dây xoay chiều hai mạch 400kV

Hình 1.4: Hệ thống truyền tải HVDC Rihand – Delhi, India

Mục đích chính của liên kết HVDC là truyền tải điện năng một cách hiệu quả và

kinh tế nhất vùng phía Bắc, đáp ứng cấp bách nhu cầu về 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

- 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 kỹ 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 đường dây trên không: 814km

2.4 Hệ thống liên kết HVDC “back to back” giữa Argentina và Brazil.

Một trạm biến đổi HVDC công suất 1100KW – điện áp DC 70kV được đặt ở

Garabi, Brazil gần biên giới với Argentina Lưới điện Brazil có tần số 60Hz còn

lưới 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 nước này sử dụng

nguồn điện năng của mình hiệu quả và ổn định hơn

Hình 1.5: Hệ thống liên kết HVDC “back to back” giữa Argentina và Brazil.

3 ƯU-NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC VÀ ỨNG

DỤNG

3.1 Ưu điểm

Dưới đây là một số lợi ích chính của phương pháp truyền tải HVDC so với truyền

tải điện xoay chiều truyền thống:

- Có thể truyền tải công suất trên một khoảng cách lớn mà không bị giảm khả năng

tải như đường dây xoay chiều (công suất truyền tải giới hạn của đường dây xoay

chiều là hàm của khoảng cách truyền tải và giảm mạnh khi khoảng cách truyền

tải tăng lên)

- Điều khiển dòng năng lượng 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

- Hướng của dòng năng lượng có thể thay đổi trong thời gian ngắn

- Việc nối liên kết các hệ thống điện bằng đường dây tải điện một chiều sẽ làm hạn

chế công suất ngắn mạch trong hệ thống điện liên kết

- 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 đường dây HVDC thấp hơn

đường dây AC do đó yêu cầu cách điện cũng đơn giản hơn

- Hành lang tuyến của đường 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 trường

của truyền tải điện một chiều cũng ít hơn

-Hình 1.6 Cấu trúc đường dây truyền tải HVDC và AC – 500KV/2000MW

- 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

- 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 được nghiên cứu và vận hành trên 30 năm

3.2 Nhược điểm

- Giá thành của bộ biến đổi còn cao

- Bộ biến đổi có khả năng chụi quá tải không cao và rất nhậy cảm với nhiệt độ và

độ ẩm không khí

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

- Phát xạ sóng hài vì vậy cần thực hiện các biện pháp triệt tiêu sóng hài do hoạt

động của bộ biến đổi sinh ra thành phần sóng hài bậc cao làm méo dạng dòng

xoay chiều

- Không có khả năng sử dụng máy biến áp để điều chỉnh điện áp

- Rất phức tạp và tốn kém khi lấy công suất dọc đường dây

- Rất phức tạp trong điều khiển

- Trong công nghiệp hệ thống HVDC tỏ ra cạnh tranh hơn HVAC nếu như

khoảng cách truyền tải là: ≥ 400km ÷ 700 km (với đường dây trên không) và

trong khoảng 50 km (nếu là cáp ngần dưới đất hay dưới biển)

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 dưới nước

- Liên kết hai hệ thống xoay chiều khác tần số

- Kết nối các máy phát điện bắng sức gió, nhà máy thủy điện vào hệ thống

- Nâng cao độ ổn định của hệ thống

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

nhiều các tắc hại xấu tới môi trường Cùng với sự phát triển của kỹ thuật, nhu cầu

liên kết các lưới điện khu vực, các nỗ lực bảo vệ môi trường đã khiến cho trong

nhiều trường hợp hệ thống truyền tải HVDC là sự lựa chọn số 1

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN

TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP (HVDC)

1 NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG HVDC.

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền tải HVDC

Quá trình truyền tải điện năng giữa trạm truyền (Trạm Rectifier) tới trạm đến (Trạm

inverter) là quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm biến đổi Tại trạm biến đổi

này điện áp xoay chiều được cho qua trạm biến áp để cung cấp một điện áp xoay

chiều thích hợp cung cấp cho bộ biến đổi Bộ biến đổi biến đổi điện xoay chiều

thành một chiều và được truyền trên đường dây một chiều đến trạm biến đổi kia

Điện áp và dòng một chiều được làm phẳng bằng cuộn san dòng và khử sóng hài

bằng bộ lọc một chiều trên đường dây một chiều Tại trạm biến đổi dòng điện và

điện áp một chiều từ đường dây tải điện qua bộ biến đổi chuyển thành dòng và điện

áp xoay chiều Điện áp xoay chiều này được cho qua trạm biến áp để biến đổi thành

điện áp xoay chiều mong muốn

Trong quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm nói trên vai trò của các mạch

biến đổi tại hai trạm có thể thay đổi cho nhau dẫn đến sự đảo chiều của luồng công

suất Tại các trạm biến đổi, công suất phản kháng được cung cấp bởi các nguồn

phản kháng

2 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG HVDC.

Một hệ thống truyền tải HVDC bao gồm các thiết bị chính sau:

- Trạm biến áp (Transformer)

- Bộ lọc xoay chiều (AC Filters )

- Bộ biến đổi ( Converter )

- Bộ lọc một chiều (DC Filters)

- Cuộn san dòng (Smoothing reactors)

- Đường dây truyền tải một chiều (DC line)

- Nguồn phản kháng (Reactive power source)

- Hệ thống nối đất và đường trở lại

- Hệ thống bảo vệ và điều khiển (protection & control system)

Hinh 2.2: Cấu trúc hệ thống HVDC

2.1 Bộ biến đổi.

Một mạch biến đổi điển hình thường có hai nhóm biến đổi 12 xung mỗi cực Bộ

tạo thành một thiết bị biến đổi 12 xung Tổng số van trong mỗi bộ là 12 Mỗi van

được sử dụng để chuyển mạch một đoạn sóng điện áp xoay chiều Nguồn cấp cho

bộ biến đổi là các máy biến áp được kết nối theo các tổ đấu dây Y/Y và Y/Δ

Hình 2.3 cấu trúc bộ biến đổi 12 xung

Các van được làm mát bằng không khí, nước, dầu hay khí Freon Việc làm mát

bằng chất lỏng được sử dụng nước khử ion hóa là hiệu quả hơn cả và góp phần giảm

tổn thất trong trạm Khả năng tải của một nhóm van thông thường bị hạn chế bởi

dòng ngắn mạch hơn là yêu cầu mang tải trong chế độ xác lập Thiết kế van được

dựa trên khái niệm module, mỗi module bao gồm một số lượng xác định các

thyristor ghép nối tiếp nhau hoặc song song để đạt được điện áp và dòng làm việc

theo yêu cầu Ngày nay người ta đã chế tạo được các Thyristor có dòng định mức

tới 4.000A và điện áp làm việc 8KV

Hình 2.4 Hình ảnh một module Thyristor

Thiết bị biến đổi đặt trong nhà có thể được treo trên trần hoặc đặt trên cách điện với

sàn nhà Gần đây đã chế tạo được các bộ biến đổi lắp đặt ngoài trời

Các tín hiệu điều khiển van được tạo ra trong bộ điều khiển và được truyền tới mỗi

thyristor trong van thông qua một hệ thống dẫn hướng cáp quang Tín hiệu quang

nhận được tại thyristor sẽ được 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 người 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 được cấu thành từ một số các Tranzito có cực điều khiển cách ly

IGBT (Insulated Gate Biporlar Tranzito) Các thiết bị điều khiển và thiết bị làm lạnh

có thể được đóng kín trong các Container tiêu chuẩn để thuận tiện cho vận chuyển

và lắp đặt

Hình 2.5 Bộ biến đổi gồm nhiều module thyristor gép lại với nhau

2.2 Trạm biến áp

Trạm biến áp bao gồm các máy biến áp chuyển đổi điện áp xoay chiều về cấp điện

áp xoay chiều 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 thường là loại ba pha hay tổ

hợp ba máy biến áp một pha Phía thứ cấp nối hình sao và tam giác và phía sơ cấp

máy biến áp nối sao được liên kết song song

Hình 2.6 Trạm biến áp một chiều 800KV

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 thường, được 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 các dương cực của bộ biến đổi, như vậy máy biến áp luôn làm việc trong trạn

thái không đối xứng, nên phải chọn sơ đồ nối dây sao cho đảm bảo được điều kiện

từ hóa bình thường của các trụ lõi thép và giảm thiểu được sự đập mạch của điện áp

và dòng điện chỉnh lưu Điều áp dưới 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

2.3 Các bộ lọc xoay chiều.

Ở phía xoay chiều của bộ biến đổi sóng hài được sinh ra, các sóng hài bậc 11, 13,

23, 25 … ngoài tắc hại như gây nhiễu tín hiệu thông tin còn gây tổn thất , méo dạng

điện áp, làm phát nóng thiết bị Do đó các bộ lọc được lắp đặt nhằm mục đích hạn

chế sóng hài tới mức độ chấp nhận của lưới điện Bộ lọc có thể sử dụng các phần tử

thụ động L-C, trong tương lai các bộ lọc xoay chiều tích cực sẽ được áp dụng

Trong quá trình làm việc , bộ biến đổi tiêu thụ một lượng khá lớn công suất phản

kháng , lượng công suất phản kháng này được bù đắp một phần bởi nhóm bộ lọc và

phần còn lại bởi nhóm tụ điện

Hình 2.7 Bộ lọc xoay chiều 3 pha

2.4 Các bộ lọc một chiều

Ở phía một chiều bộ biến đổi sinh ra các sóng hài bậc 12, 24 … Các sóng hài như

vậy có thể tạo ra sự nhiễu loạn trong các hệ thống viễn thông Do đó các bộ lọc một

chiều được thiết kế đặc biệt được sử dụng nhằm mục đích giảm mức độ gây nhiễu

Thông thường các bộ lọc một chiều không cần thiết nếu sử dụng cáp để truyền tải

Nhưng trong trường hợp đường dây trên không thì việc lắp đặt bộ lọc một chiều là

cần thiết Thông thường các bộ lọc phía một chiều có giá thành thấp hơn bộ lọc phía

xoay chiều

2.5 Cuộn san dòng

Cuộn san dòng được mắc nối tiếp với mạch biến đổi Chức năng chính của cuộn san

dòng là:

- Giảm dòng điện sóng hài trên dường dây truyền tải một chiều

- Giảm thiểu những rủi ro chuyển mạch do dòng một chiều, tăng quá giớ hạn

thoáng qua tại các hệ thống xoay chiều và một chiều

Hình 2.9 Cuộn san dòng lõi không khí

2.6 Nguồn công suất phản kháng

Một bộ biến đổi HVDC luôn luôn cần phải có nguồn công suất phản kháng Tại chế

độ vận hành bình thường thì bộ biến đổi tiêu thu một lượng công suất phản kháng

khoảng 50% công suất tác dụng được truyền Giải pháp kinh tế nhất là mắc một hệ

thống tụ song song tại các đầu ra của các bộ biến đổi

Hình 2.10 Nguồn công suất phản kháng tụ điện

2.7 Đường dây truyền tải của hệ thống HVDC

Các đường dây truyền tải một chiều có nhiệm vụ truyền tải công suất từ phía chỉnh

lưu tới phía nghịch lưu

- Đối với việc truyền tải điện năng công suất lớn trên mặt đất thì phương tiện

truyền tải phổ biến nhất là đường dây trên không Đường dây trên này thông thường

là lưỡng cực (hai đường dây với hai cực tính khác nhau) Cáp HVDC thông thường

được sử dụng khi đi ngần dưới 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 được thấm 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

lên đến 1000m Loại cáp mà được đổ đầy dầu có độ đậm đặc thấp và luôn làm việc

dưới một áp suất thì chiều dài tối đa cho phép cho kiểu cáp này là thường 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 thước của đường dây trên không và cột đỡ của

đường dây tải điện một chiều tương tự như đường dây xoay chiều Tiết diện dây dẫn

được lựa chọn theo mật độ dòng điện kinh tế (Jkt) Việc phân pha được thực hiện

nhằm tăng đường kính tương đương, nâng cao hiệu quả sử dụng của dây dẫn

- Trên đường 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 180 Nối đất luôn được thực hiện

để giảm bớt sóng hài và giảm nhiễu đường dây thông tin

2.8 Hệ thống nối đất

Hầu hết các liên kết một chiều đều sử dụng nối đất như dây trung tính Khi nối đất

yêu cầu mặt bằng rộng để giảm dòng rò và gradient điện áp Địa điểm chọn đặt hệ

thống điện cực nối đất phải có điện trở suất đủ bé, xa khu vực thành thị, các đường

ống, công trình ngần, trạm biến đổi … để ngăn chặn hiện tượng ăn mòn hóa điện,

dòng rò vào MBA của bộ biến đổi , nhiễu thông tin Các điện cực cần được khoan

sâu dưới lòng đất do điện trở suất của lớp đất gần bề mặt thường khá cao

2.9 Hệ thống điều khiển và bảo vệ.

Hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển là bộ lão của hệ thống HVDC Một trong

những thuận lợi lớn nhất của hệ thống truyền tải HVDC là tính điều khiển được

Một trạm HVDC hiện đại được trang bị hệ thống bảo vệ và điều khiển bằng vi xử lý

tích hợp

Điều khiển công suất qua hệ thống được khi mà một trạm biến đổi điều khiển được

điện áp một chiều và trạm biến đổi kia điều kiển được dòng chạy trên mạch một

chiều Hệ thống điều khiển hoạt động thông qua điều khiển góc điều khiển của

thyristor và điều chỉnh bộ điều chỉnh áp của máy biến áp của bộ biến đổi Mỗi một

cực có một hệ thống điều khiển của nó Hai hệ thống điều khiển của hai hai trạm ở

hai đầu hệ thống HVDC liên lạc với nhau thông qua đường dây viễn thông Hầu hết

các đường dây truyền tải HVDC được điều khiển từ xa thông qua trung tâm điều độ

Một hệ thống điều khiển hiện đại ngày nay tất các chức năng cho điều khiển, giám

sát được thực hiện bằng phần mềm chuyên dụng

Hệ thống bảo vệ: Cũng giống như hệ thống xoay chiều, hệ thống một chiều cũng có

thể gặp phải các dạng sự cố mà nguyên nhân là do sự hoạt động sai chức năng của

thiết bị, cách điện hỏng do sét đánh hoặc do ô nhiễm môi trường… các sự cố cần

được phát hiện và hệ thống cần được bảo vệ để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu tắc hại

của sự cố Ngoài việc làm gián đoạn sự vận hành bình thường thì các sự cố khác

nhau có thể gây hư hỏng thiết bị do hiện tượng quá áp và quá dòng

Hình 2.11 trung tâm điều khiển hệ thống HVDC

3 MỘT SỐ SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU

3.1 Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực (Monopolar link).

Hình 2.12 Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực.

Trong cấu hình này có một dây dẫn cực tính dương hoặc âm (thông thường là âm)

Đất hoặc nước biển được sử dụng làm đường trở về Do gây ra một số hình ảnh xấu

như: ăn mòn hóa điện cực nối đất vì vậy trong một số trường hợp phía nối đất của

trạm chỉnh lưu và nghịch lưu có thể được liên kết với nhau bằng một dây kim loại

Khi dùng cáp vỏ bọc kim loại thì vỏ cáp sẽ được sử dụng làm đường về

Hệ thống đơn cực hiện đại áp dụng cho đường dây trên không có thể truyền tải công

suất lên đến 1.500MW Nếu sử dụng cáp ngần dưới đất hoặc biển thì điển hình có

thể mang tải tới 600MW

Ưu điểm:

- Sơ đồ tương đối đơn giản

- Giảm chi phí đường dây

- Có thể mở rộng thành sơ đồ hai cực để tăng công suất truyền tải

Nhược điểm:

- Độ tin cậy và tính linh hoạt không cao

- Công suất truyền tải không lớn

3.2 Hệ thống truyền tải HVDC lưỡng cực (Bipolar link)

Hình 2.13 Hệ thống truyền tải HVDC lưỡng cực

Trong cấu hình này một cặp đường dây có điện thế ngược dấu được sử dụng vì vậy

các đường dây này phải được cách điện đầy đủ Chi phí cho hệ thống truyền tải một

chiều lưỡng cực cao hơn cấu hình liên kết đơn cực với một đường dây trở về

Đường dây tải điện một chiều lưỡng cực có hiệu quả tương đương đường dây tải

điện xoay chiều mạch kép Khi mang tải bình thường dòng điện chạy vào đất rất

nhỏ giống như trường hợp đơn cực có dây dẫn trở về, do đó giảm thiểu được tổn

thất do dòng điện tiếp đất và giảm ảnh hưởng tới môi trường Khi có sự cố trên một

đường dây, với các điện cực nối đất được sử dụng làm đường về thì đường dây sẽ

tiếp tục vận hành trong trạng thái đơn cực Với công suất truyền tải so với đường

dây đơn cực, thì đường dây lưỡng cực chỉ phải mang một dòng điện có giá trị phân

nửa so với đường dây đơn cực Khi đi qua các địa hình bất lợi thì hai đường dây có

thể đi trên các hàng cột khác nhau, phòng khi có một đường dây bị sự cố thì đường

dây còn lại vẫn truyền tải một phần công suất Khi điện trở đất cao có thể lắp đặt

thêm đường dây trở về , đường dây này không đòi hỏi mức cách điện cao và có thể

sử dụng làm dây chống sét cho đường dây trên không , nếu được cách điện đầy đủ

thì có thể sử dụng làm dự phòng Trên thực tế cấu hình này được sử dụng khá phổ

biến

Ưu điểm:

- Độ tin cậy và tính linh hoạt cao

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

- Ít gây nhiễu hơn sơ đồ đơn cực

- Dễ dàng thay đổi chiều công suất truyền tải

Nhược điểm:

- Chi phí cao hơn sơ đồ đơn cực

3.3 Hệ thống truyền tải HVDC cùng cực tính (Hamopolar link)

Hình 2.14 Hệ thống truyền tải HVDC cùng cực tính

Sơ đồ này được sử dụng hai hay nhiều đường dây cùng cực tính dương hoặc âm

Thường là âm để giảm bớt nhiễu và tổn thất vầng quang Đường trở về qua điểm

giữa được nối đất Khi một dây dẫn bị sự cố, hệ thống sẽ vận hành như cấu hình liên

kết đơn cực tiếp tục truyền tải một phần công suất Cấu hình này được sử dụng phổ

biến để truyền tải điện năng trên đường dây trên không Trong trường hợp này hệ

thống HVDC lưỡng cực gồm hai hệ thống HVDC đơn cực

Ưu điểm:

- Độ tin cậy và tính linh hoạt cao Hệ thống vẫn có khả năng truyền tải điện năng

trong trường hợp một cực kia gặp sự cố vì bất kỳ lý do gì Mỗi hệ thống có thể

vận hành trên hệ thống độc lập của nó và đất như là một đường dẫn trở về

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

Nhược điểm

- Chi phí cao hơn sơ đồ đơn cực

- Gây ăn mòn điện hóa các đường ống ngầm xung quanh điện cực nối đất

3.4 Hệ thống truyền tải HVDC đối lưng (Back to Back).

Hình 2.15 Hệ thống truyền tải HVDC đối lưng

Cả hai bộ biến đổi chỉnh lưu và nghịch lưu được đặt ở cùng một chỗ, thông thường

trong cùng một tòa nhà và chiều dài của đường dây tải điện một chiều chỉ là một

vài nét Các trạm back to back thông thường được sử dụng để:

- Kết nối hai hệ thống có tần số khác nhau

- Kết nối hai mạng điện có cùng tần số nhưng không có sự liên hệ pha cố định

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

Do chiều dài đường dây tải điện ngắn nên cấp điện áp một chiều là khá thấp

khoảng từ (50KV÷150KV) để giảm giá thành Hơn nữa vì hai hệ thống biến đổi

được đặt cùng một nơi vì thế rất thuận tiện cho việc vận hành, điều khiển, bảo

dưỡng Cấu hình này thích hợp khi liên kết hai hệ thống có tần số khác nhau

3.5 Hệ thống truyền tải HVDC nhiều điểm đấu

Hình 2.16 Hệ thống truyền tải HVDC nhiều điểm đấu

Cấu hình này có nhiều hơn hai bộ Converter Trong trường hợp này bộ biến đổi 1 và

bộ biến đổi 3 có thể coi vận hành như là một Rectifier Trong khi đó Bộ biến đổi 2

vận hành như một Inverter Hoặc ngược lại bộ biến đổi 2 vận hành như một

Rectifier còn bộ biến đổi 1 và bộ biến đổi 3 vận hành như một Inverter Bằng một

sự kết nối các bộ biến đổi cho trước, một sự kết hợp mới có thể thu được

Nếu tất cả các trạm nối cùng cấp điện áp thì gọi là hệ thống HVDC 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 HVDC nhiều điểm nối tiếp Hệ thống HVDC nhiều điểm

đấu được sử dụng để rút công suất dọc đường hoặc mở rộng hệ thống điện một

chiều sẵn có

Ưu điểm: của cấu hình này là làm tăng tính linh hoạt của hệ thống một chiều, tuy

nhiên hiệu quả kinh tế không cao vì phải xây dựng thêm các trạm biến đổi làm phức

tạp sơ đồ nối dây

3.6 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 lưu thông qua máy biến áp, sơ đồ này hay được sử dụng cho các máy phát

thủy điện và tua bin gió Tần số của điện áp xoay chiều không phụ thuộc vào tốc độ

của tuabin

- Nếu hệ thống chỉ truyền tải công suất theo một sơ đồ cố định thì phía chỉnh lưu

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 đường

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

Hình 2.17 Cấu trúc hệ thống HVDC sử dụng năng lượng gió

4 BỘ BIẾN ĐỔI VÀ SƠ ĐỒ THAY THẾ TƯƠNG ĐƯƠNG

4.1 Bộ biến đổi

Một hệ thống HVDC yêu cầu một bộ biến đổi điện tử có khả năng biến năng lượng

điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều và ngược lại Có hai dạng cấu

hình cho bộ biến đổi 3 pha cơ bản là:

- Bộ biến đổi nguồn dòng (CSC)

- Bộ biến đổi nguồn áp (VSC)

Hình 2.18 Bộ biến đổi nguồn dòng và bộ biến đổi nguồn áp.

Trong thời gian từ 1950-1990, hệ thống HVDC có các bộ biến đổi dùng cấu hình

CSC

Từ những năm 1990 trở về đây hệ thống HVDC sự dụng các bộ biến đổi dạng cấu

hình VSC với giá trị kinh tế cao hơn Một hệ thống HVDC có thể sử dụng bộ biến

đổi CSC truyền thống hoặc bộ biến đổi VSC Tuy nhiên việc lựa chọn cấu hình là

dựa trên chỉ tiêu kinh tế và các hệ số khác Bảng 2.1 sẽ so sánh đặc tính của hai bộ

biến đổi này như sau:

Bảng 2.1 Bảng so sánh hai loại bộ biến đổi CSC và VSC.

- Yêu cầu một bộ tụ điện làm

nhiệm vụ lưu trữ năng lượng

- Yêu cầu một bộ lọc AC để

loại bỏ sóng hài

- Yêu cầu một nguồn cung cấp

công suất phản kháng để điềuchỉnh hệ số công suất

- Hoạt động như một nguồn dòng

- Yêu cầu một bộ điện kháng

với nhiệm vụ lưu trữ năng

DC với giá thành không cao

- Khó xác định lỗi phía đường dây

DC khi tụ điện được nạp sẽ

- Chuyển mạch diễn ra ở tần số cao

- Tổn hao chuyển mạch cao hơn

Mức

công

suất

- 0÷550KVA/ Bộ biến đổi

- Điện áp một chiều lên đến

600KV

- 0÷200KVA/ Bộ biến đổi

- Điện áp một chiều lên đến100KV

Vì hệ thống HVDC nghiên cứu là hệ thống truyền tải công suất lớn và cấp điện áp

cao vì thế trong luận văn này ta chỉ nghiên cứu hợp bộ biến đổi là loại CSC.

Bộ biến đổi loại SCS ta sẽ tập trung vào phân tích bộ biến đổi 3 pha 6 van vì đây là

bộ biến đổi được sử dụng khá phổ biến do có một số ưu điểm như sau

- Chụi được điện áp cao do có hai van mắc nối tiếp nhau

- Bộ biến đổi 3 pha 6 van có công suất lớn

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

dòng sơ cấp

- Máy biến áp được sử dụng hiệu quả hơn vì trong mỗi chu kỳ dòng điện chạy

qua cuộn dây thứ cấp hai chiều nên mạch từ không bị bão hòa

- Hệ số điện áp cao do vậy để đạt được điện áp một chiều như 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

Hình 2.19 Sơ đồ bộ biến đổi CSC 3 pha, 6 van

Bộ biến đổi CSC được giả định như sau:

Có thể coi dường như có hai mạch hình tia ba pha đồng thời hoạt động Điện áp một

chiều nhận được Ud phải là hiệu của hai điện áp của hai nhóm van UdA và UdK

Ud= UdA- UdK

Điện áp UdA được thể hiện như hình 2.20

Hình 2.22 Bộ biến đổi cầu với hai van V1 và V2 dẫn

Vậy ta có đồ thị thể hiện điện áp Ud theo thời gian như hình 2.23

- Dòng điện trong các pha: I1= IV1- IV4; I2= IV3- IV6; I3= IV5- IV2

- Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu: Ud = UdA − UdK ta có

.cosα3

πsinπ

U26U.2U.cosα3

πsinπ

U23U

dA d

f dK

.cosα

π

U 6

3.

Trong đó:

- Uflà giá trị hiệu dụng điện áp pha

-  là góc điều khiển (Giới hạn góc mở cực tiều 0

Trong đó:

π

U 6 3.

Dòng điện trung bình chảy trong van:

2 = (2.6)Công suất tính toán máy biến áp nguồn cấp cho bộ biến đổi cầu 3 pha:

d MBA 1,05P

Trong đó: Pd công suất một chiều Pd = Ud.Id (2.8)

Hiện tượng trùng dẫn: Khi nghiên cứu như trên chúng ta đã nghiên cứu mạch

chỉnh lưu lý tưởng với giả thiết rằng L = 0 và quá trình chuyển mạch xẩy ra tức

thời Trên thực tế do ảnh hưởng của điện cảm kí sinh trong mạch chỉnh lưu với tính

chất chống sự đột biến dòng điện sẽ không cho phép dòng điện qua các van biến đổi

đột ngột, cần phải có một khoảng thời gian để dòng điện trong các van đang dẫn

giảm về không, và dòng điện trong các van “sắp dẫn” tăng từ 0 đến Id Như vậy

trong giai đoạn này có một số van đều dẫn dòng Quá trình chuyển mạch van này

được gọi là hiện tượng trùng dẫn Góc tương ứng với giai đoạn này là góc

Đối với trạm biến đổi có sử dụng MBA, bình thường điện kháng của nguồn xoay

chiều lớn hơn điện trở của nó nhiều Điện kháng này gây ra hiện tượng trùng dẫn ,

ảnh hưởng đến quá trình trùng dẫn, chuyển trạng thái

Với chỉnh lưu cầu 3 pha, ta thấy quá trình chuyển mạch xẩy ra ở cả hai nhóm van Ở

chế độ bình thường =0 ÷ 600, khi đầy tải =150÷ 200

So sánh với điện áp Udkhi không có trùng dẫn ta thấy khi trùng dẫn điện áp Ud bị

mắt một đoạn, tức là điện áp chỉnh lưu bị nhỏ đi một lượng ∆U

Hình 2.24 Ảnh hưởng của hiện tượng trùng dẫn

Lượng điện áp giảm do hiện tượng trùng dẫn là :

π

.I3X

.I.X2

.I 3.X cosα U

π

6 3.

f

[cosα cos(α μ)].U

2

1

Trong trường hợp là chỉnh lưu: Udr = Udor.cos α − Rr.Id (2.14)

Trong trường hợp là nghịch lưu: Udi =Udoi.cosγ−Ri.Id (2.15)

Trong đó:

- Udrvà Udi theo thứ tự là điện áp một chiều tại chỉnh lưu và nghịch lưu

- Udor và Udoi: là điện áp một chiều không tải lý tưởng tại chỉnh lưu và nghịch lưu

và nghịch lưu

- γ góc cắt trước tại nghịch lưu

- μ góc trùng dẫn

4.2 Đấu ghép các mạch bộ biến đổi với nhau:

Do các van phải làm việc dưới một điện áp cao hoặc dòng điện lớn mà công nghiệp

chế tạo van chưa đạt được vì vậy trong những trường hợp này người ta có thể dùng

các biện pháp khắc phục như sau:

- Đấu nối tiếp nhiều van hoặc đấu nối tiếp các mạch chỉnh lưu với nhau để chụi

được điện áp cao

- Đấu song song nhiều van hoặc song song nhiều mạch chỉnh lưu với nhau để chụi

được dòng tải lớn

Một sơ đồ ghép nối được sử dụng phổ biến trong truyền tải HVDC là sơ đồ đấu nối

tiếp hai mạch chỉnh lưu cầu 3 pha 6 xung để tạo thành bộ biến đổi 3 pha 12 xung

Nếu mạch có dùng biến áp thì hai cuộn dây thứ cấp có pha lệch nhau 300

Hình 2.25 Sơ đồ bộ biến đổi cầu 3 pha 12 xung

Điều này cho phép điện áp ra Ud= Ud1+ Ud2có hệ số đập mạch gấp đôi so với sơ đồ

chỉnh lưu cầu 3 pha 6 xung, có nghĩa ở đây mdm=12 (mdm hệ số đập mạch) vì thế

điện áp ra sẽ bằng phẳng hơn Sơ đồ này khử được sóng hài bậc 6 phía một chiều ,

bậc 5 và bậc 7 phía xoay chiều do đó giảm giá thành các bộ lọc sóng hài Hai MBA

một đấu Y/Y một đấu Y/Δ có điều áp dưới tải

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

- Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu: Ud = U 0 cos α

0 d

π

− α

Hình 2.26 Dạng điện áp một chiều của sơ đồ nối tiếp hai chỉnh lưu cầu 3 pha ( góc

điều khiển α=0 và μ=0)

4.3 Sơ đồ thay thế tương đương.

Vì hệ thống HVDC nghiên cứu là hệ thống truyền tải công suất lớn và cấp điện áp

cao vì thế ta chỉ nghiên cứu sơ đồ thay thế tương đương với trường hợp bộ biến

đổi loại CSC Hình 2.27 là sơ đồ thay thế tương đương của đường dây truyền tải

HVDC với một trạm phát và một trạm thu ta có sơ đồ thay thế như hình 2.27

Hình 2.27 Sơ đồ thay thế tương đương đường dây truyền tải điện HVDC

- Điện áp một chiều phía chỉnh lưu:

d r dor

d ar fr

π

.I3X.n.cosα.U

π

63

- Điện áp một chiều phía nghịch lưu:

d i doi

d ai fi

π

.I3X.n.cosγ.U

π

63

i = (2.23) Điện trở chuyển mạch tương đương phía nghịch lưu

- n: Số mạch cầu mắc nối tiếp

- Xar, Xai: điện kháng chuyển mạch phía chỉnh lưu và phía nghịch lưu

- Id: Dòng một chiều trên đường dây truyền tải HVDC

π

63

Udor = fr (2.24)

π

63

Udoi = fi (2.25)

- Ufr Điện áp pha phía thứ cấp của MBA chỉnh lưu

- Ufi Điện áp pha phía thứ cấp của MBA nghịch lưu

- α,  là góc điều khiển của mạch chỉnh lưu, nghịch lưu Khi vận hành bình

thường αmin =50, αmax =(15±3)0, γmin =150

Dòng điện Idtrên đường dây:

L

di dr dR

UU

I = −

(2.26)

Công suất truyền tải trên đường dây HVDC:

d1 d d1 L

di dr

R

UU

4.4 Điều khiển của bộ biến đổi

4.4.1 Nguyên lý phát xung điều khiển

Trong thực tế người ta thường dùng 2 nguyên tắc điều khiển là thẳng đứng tuyến

tính và thẳng đứng ‘arccos’

 Thẳng đứng tuyến tính: Điều khiển thyristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay

thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Nội dung của

nguyên tắc này có thể mô tả theo giản đồ hình 2.28 dưới đây:

Hình 2.28 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của thyristor, để có thể điều khiển

được góc mở α của thyristor trong vùng điện áp+anod, ta cần tạo một điện áp tựa

dạng tam giác, ta thường gọi là điện áp tựa hay điện áp răng cưa Urc Như vậy điện

áp tựa cần có trong vùng điện áp dương anod

Dùng một điện áp một chiều Uđk so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm (t1,t4) điện

áp tựa bằn điện áp điều khiển (Urc=Uđk), trong vùng điện áp dương anod, thì phát

xung điều khiển Xđk Thyristor được mở tại thời điểm có xung điều khiển (t1,t4) cho

tới cuối bán chu kỳ (hoặc tới khi dòng điện bằng 0)

Như vậy bằng cách làm biến đổi Uđk ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện

của xung ra , tức là điều chỉnh được góc α

Giữa góc α và Udkcó quan hệ:

max rc

dkU

U

π

=α

- Sơ đồ khối mạch điều khiển phát xung: Để thực hiện được ý đồ đã nêu trong phần

nguyên lý điều khiển ở trên, mạch điều khiển bao gồm ba khâu cơ bản trên hình

2.29 sau:

Hình 2.29 Sơ đồ mạch điều khiển phát xung

Nhiện vụ của các khâu trong sơ đồ điều khiển

Khâu đồng pha có nhiện vụ tạo điện áp tựa Urc (thường gặp là điện áp dạng răng

cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp anod của thyristor

Khâu so sánh có nhiện vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk, tìm

thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Uđk= Urc) Tại thời điểm hai điện áp này bằng

nhau, thì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuyếch đại

Khâu tạo xung có nhiện vụ tạo xung phù hợp để mở thyristor Xung để mở

Thyristor có yêu cầu:

• Sườn trước dốc thẳng đứng

• Đủ độ rộng với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của thyristor

• Đủ công suất

• Cách ly mạch điều khiển với mạch lực

 Thẳng đứng ‘arccos’: theo nguyên tắc này thì người ta dùng hai điện áp:

+ Điện áp đồng bộ Usvượt trước UAK=UAkmax.Sinωt của thyristor một góc bằng Л/2

Vậy ta có: U =U Cosωt

+ Điện áp điều khiển Uđk là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh biên độ theo hai

chiều (+ và - )

Hình 2.30 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”

Nếu đặt Us vào cổng đảo và Udk vào cổng không đảo của khâu so sánh thì khi

Us=Uđkta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này

Nguyên tắc điều khiển kiểu thẳng đứng ‘arccos’ được sử dụng trong các thiết bị

chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao

4.4.2 Mô hình điều khiển của bộ biến đổi

Sơ đồ thuật toán điều khiển của bộ điều khiển trạm chỉnh lưu và nghịch lưu như

hình 2.31:

Hình 2.31 Mô hình điều khiển trạm chỉnh lưu và nghịch lưu.

Tín hiệu vào bao gồm:

- Tín hiệu U, I trên đường dây DC

- Công suất, dòng , hoặc điện áp đặt

Đối tượng điều khiển: để điều khiển các chế độ vận hành của đường dây truyền tải

HVDC thì đối tượng điều khiển ở đây là:

- Điều khiển nấc phân áp

- Điều khiển góc kích trễ thông qua máy phát điều khiển cầu chỉnh lưu với

nguyên lý phát xung điều khiển như đã trình bầy ở trên

5 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Các bộ biến đổi của hệ thống HVDC làm việc trong chế độ chuyển mạch, điều này

dẫn đến dòng điện trong các van chậm pha hơn (đối với chỉnh lưu) hoặc nhanh pha

hơn (đối với nghịch lưu) điện áp xoay chiều trên thanh cái nguồn một góc φ Do đó

cần thiết phải có các nguồn công suất công suất phản kháng liên kết với thanh cái

của bộ biến đổi để nhận được sự điều khiển điện áp tốt hơn Các nguồn công suất

phản kháng này được yêu cầu ở tại cả trạm chỉnh lưu và trạm nghịch lưu Nếu trạm

chỉnh lưu được coi nhu là một tải trong hệ thống thì trạm nghịch lưu có thể xem như

một máy phát điện tiêu thụ công suất phản kháng Đặc tính này của bộ biến đổi nói

chung là không được mong muốn và đòi hỏi các biện pháp bù từ các nguồn công

suất phản kháng thích hợp

Nguồn công suất phản kháng được sử dụng khá đa dạng có thể là bộ tụ bù đóng cắt

(switched capacitor) cho tới các hệ thống bù tĩnh (Static var systems)

Yêu cầu điều chỉnh điện áp và chi phí sẽ quyết định tới sự lựa chọn tốc độ phản ứng

của thiết bị bù công suất phản kháng trong các chế độ vận hành

Vận hành cùng với một hệ thống xoay chiều yếu có thể gặp phải vấn đề mất ổn định

và quá áp điện động Khi đó cần tới một sự phối hợp tốt các nguồn công suất phản

kháng Việc điều chỉnh góc mở của van có thể cho phép vận hành bộ biến đổi giống

như các bộ bù tĩnh (Static Var Compensator) Đặc tính này của bộ biến đổi đang

được sử dụng ngày càng nhiều trong các hệ thống HVDC hiện đại

5.1 Yêu cầu công suất phản kháng trong chế độ ổn định.

Trong điều kiện làm việc bình thường, một liên kết một chiều được vận hành cùng

với điều khiển dòng phía chỉnh lưu và điều khiển góc dập tắt tối thiểu phía nghịch

lưu Phương pháp điều khiển này dẫn tới yêu cầu công suất phản kháng là tối thiểu

ở cả điểm đầu và điểm cuối Quan hệ giữa công suất phản kháng và công suất tác

dụng thông thường được mô tả trong hệ tương đối

- Điện áp cơ bản của bộ biến đổi:

π

.U 6 3

Ucb = f (Uflà điện áp pha của phía thứ

cấp MBA của bộ biến đổi)

- Công suất cơ bản: Pcb=n.Ucb.Icb(n: số lượng cầu biến đổi liên kết nối tiếp) Vậy

ta có dòng điện một chiều cơ bản

cb

cb cb

- Khi đó hệ số công suất của bộ biến đổi được tính theo công thức:

d0

d

*

* d

U

UU

Ucos ϕ ≈ = (2.28)

→ Góc φ tỷ lệ thuận với góc điều khiển α, vì vậy khi tăng α thì hệ số công suất của

mạch xấu đi rõ rệt (cosφ giảm)

Công suất tác dụng và công suất phản kháng trong hệ đơn vị tương đối được xác

Hình 2.32 Quan hệ giữa CSPK và công suất tác dụng.

Khi tăng góc mở α sẽ dẫn đến công suất phản kháng Qd tăng mạnh Điều này cho