Đang tải... (xem toàn văn)
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
Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 1 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. by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 2 - 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). by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 3 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. by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 4 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. by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 5 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 by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 6 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. by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 7 - 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. by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 8 - 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. by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 9 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) by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 10 - 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 biến đổi thông thường có cấu hình hai cầu biến đổi 6 xung 3 pha liên kết nối tiếp để by Giangdt [...]... thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam 3.2 Hệ thống truyền tải HVDC lưỡng cực (Bipolar link) Hình 2.13 Hệ thống truyền tải HVDC lưỡng cực 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. .. 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 Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 33 by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam - Điện áp một chiều. .. thiết bị do hiện tượng quá áp và quá dòng Hình 2.11 trung tâm điều khiển hệ thống HVDC Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 17 by Giangdt các đường dây truyền tải HVDC được điều khiển từ xa thông qua trung tâm điều độ Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam 3 MỘT SỐ SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU 3.1 Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực (Monopolar... 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: Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 20 Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam - Độ tin cậy và tính linh hoạt cao Hệ thống vẫn có khả năng truyền tải điện. .. Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 15 Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam 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... Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam 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... Cao học HTĐ 27 Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Hình 2.22 Bộ biến đổi cầu với hai van V1 và V2 dẫn by Giangdt Vậy ta có đồ thị thể hiện điện áp Ud theo thời gian như hình 2.23 Hình 2.23 Đồ thị dòng và điện áp Ud của bộ biến đổi 6 xung 3 pha Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 28 Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một. .. 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... (2.19) π Lớp: Cao học HTĐ 32 by Giangdt Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam 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... 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 Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 26 Đề tài: Nghiên cứu và áp dụng Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Hình 2.20 Điện áp UdA by Giangdt Điện áp UdK được thể hiện như hình 2.21 Hình 2.21 Điện áp UdK Giả sử trong trường . nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 11 tạo thành một thiết bị biến đổi 12 xung. Tổng số van trong mỗi bộ là 12 . Mỗi van được sử dụng để chuyển. thống: - Thời gian đi vào vận hành: 19 84 – 19 87. - 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,. Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều tại Việt Nam Tác giả: Bùi Tiến Việt Lớp: Cao học HTĐ 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐIỆN CAO ÁP 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG