truyền tải hệ thống điện 1 chiều

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU Chế độ xác lập của đường dây với tụ bù doc Các vấn đề cần quan tâm đối với đường dây có tụ bù dọc Các kết nối đường dây một chiều Các bộ biến đổi… 

1

MỤC LỤC

2 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VỚI TỤ BÙ DỌC

1 GIỚI THIỆU CHUNG

4 ỨNG DỤNG FACTS

 Lịch sử phát triển của htđ

 Vấn đề truyền tải công suất tác dụng

3 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

Chế độ xác lập của đường dây với tụ bù doc

Các vấn đề cần quan tâm đối với đường dây có tụ bù dọc

Các kết nối đường dây một chiều

Các bộ biến đổi…

Các kiến thức cơ bản về FACTS

 Vấn đề truyền tải công suất phản kháng

 30 tiết lý thuyết, 1- 2 bài kiểm tra

Thi viết, không dùng tài liệu

TCSC và SVC

3.1 Giới thiệu chung về HVDC

 Đ/d một chiều đầu tiên

 Nối Thụy điển và đảo Gotland

 Lần đầu tiên dùng năm 1972 nối

giữa New Brunkswick và

quebec- Canada bằng kỹ thuật

Back-to-back

 Truyền tải HVDC có những lợi ích sau:

 Cáp ngầm dưới nước có chiều dài hơn 30km, vì đ/d AC sẽ

không thực tế vì khi k/c dài thì điện dung cáp lớn

 Kết nối hai htđ xoay chiều không đồng bộ, liên kết các HTĐ lớn với nhau

 Truyền tải một lượng công suất lớn, đi xa >600km

 Kết nối các htđ cùng tần số hoặc khác tần số qua đ/d có chiều dài bằng 0 (kết nối Back-to-Back)

Một số ví dụ về các đ/d HVDC

Các đ/d một chiều do siemens xây dựng

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

HVDC khả năng mang tải của HVDC hầu như không phụ

thuộc vào khoảng cách

Khả năng truyền tải của đường dây cáp ngầm

9

MỤC LỤC

2 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VỚI TỤ BÙ DỌC

1 GIỚI THIỆU CHUNG

4 ỨNG DỤNG FACTS

 Lịch sử phát triển của htđ

 Vấn đề truyền tải công suất tác dụng

3 ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

Chế độ xác lập của đường dây với tụ bù doc

Các vấn đề cần quan tâm đối với đường dây có tụ bù dọc

Các kết nối đường dây một chiều

Các bộ biến đổi…

Các kiến thức cơ bản về FACTS

 Vấn đề truyền tải công suất phản kháng

 30 tiết lý thuyết, 1- 2 bài kiểm tra

Thi viết, không dùng tài liệu

TCSC và SVC

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

 Đ/dây càng dài thì tổn thất công suất phản kháng càng lớn, đặc biệt

 Bù đường dây: không cần

 Không có dòng điện điện dung và

hiệu ứng mặt ngoài

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU

 Tạo ra sóng hài, đòi hỏi mạch lọc

 Cần công suất phản kháng cho bộ chỉnh/nghịch lưu

 Điều khiển bộ biến đổi khó khăn

 Chế tạo MC một chiều khó khăn hơn

SO SÁNH ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU VÀ MỘT CHIỀU

3.3 Các loại đường dây HVDC

 Kết nối đơn cực (monopolar)

 HTĐ dùng một dây dẫn, thường

vận hành với cực tính âm ví dụ:

-400kV

 Đường trở về dùng đất hay

nước, có thể dùng dây về là kim

loại (trong trường hợp có sóng

hài, nhiễu, ăn mòn, )

 Hay dùng khi ngầm dưới đất,

dưới biển,

 Đặc biệt là khi truyền tải c/s

dưới biển với khoảng cách lớn

3.3 Các loại đường dây HVDC

 Kết nối Back-to-Back (lưng kề

được dùng chủ yếu cho việc

truyền tải công suất giữa các

3.3 Các loại đường dây HVDC

 Liên kết lưỡng cực (bipolar

link)

 Gồm có hai dây, một dây dương,

và một dây âm

 Mỗi đầu có hai bộ chỉnh/nghịch

lưu với công suất giông nhau,

mắc nối tiếp với nhau về phía

điện một chiều ở điểm giữa hai

bộ chỉnh/nghịch lưu được nối đất

 Lúc bình thường, dòng điện trên

hai cực bằng nhau, dòng qua đất

dưỡng

3.3 Các loại đường dây HVDC

 Nếu một cực bị cô lập do sự cố trên dây dẫn, cực kia vẫn có thể hoạt động với đất là đường trở về

và mang một nửa tải

 Theo quan điểm chống sét: đ/d lưỡng cực tương đương như 1 đ/d xoay chiều mạch kép, trong v/hành bình thường có ít nhiễu loạn do sóng hài (họa tần) đến các công trình lân cận so với đường dây đơn cực

 Việc đảo chiều c/s được thực hiện bằng cách thay đổi cực tính của hai cực thông qua điều khiển

3.3 Các loại đường dây HVDC

 Khi sự cố trên đường dây

 Vận hành như kết nối đơn cực

 Mang một nửa c/s danh định

 Khi sự cố hoặc bảo dưỡng bộ biến đổi

 Có thể nối tắt như hình vẽ

3.3 Các loại đường dây HVDC

 Liên kết lưỡng cực với

dây dẫn về kim loại

 Liên kết lưỡng cực vận hành như đơn cực

6 Đường dây 1 chiều

7 Máy cắt điện xoay chiều

Điện cực

Bộ lọc xoay chiều

Bộ biến đổi

Cuộn kháng san phẳng

DC

3.4 Các bộ phận của HVDC

 1 Các bộ phận biến đổi

 Nhiệm vụ biến đổi AC/DC (chỉnh lưu) hay DC/AC

nghịch lưu, gồm các van chinh luu nối theo dạng cầu

và máy biến áp có đầu phân áp

 Cầu gồm các van chinh luu cao áp mắc theo sơ đồ 6 xung hoặc 12 xung

 Các MBA biến đổi cung cấp nguồn điện áp 3 pha với điện áp thích hợp cho cầu các van, với cuộn dây MBA phia van không nối đất, htđ một chiều có thể được nối đất riêng, thường là bằng cách nối đất đầu dương, hay đầu âm của bộ biến đổi van

Ví dụ về bộ biến đổi

Ví dụ về bộ biến đổi

Ví dụ về máy biến áp biến đổi

Ví dụ về máy biến áp biến đổi

Ví dụ về máy biến áp biến đổi

Ví dụ về máy biến áp biến đổi

3.4 Các bộ phận của HVDC

 2 Cuộn kháng san phẳng

 Đây là các cuộn kháng lớn có điện cảm

đến 1H mắc nối tiếp với các cực của các trạm biến đổi, công dụng:

 Giảm sóng hài điện áp và dòng điện trên

đ/d DC

 Tránh sự cố chuyển mạch trong nghịch

lưu

 Tránh việc dòng điện trở nên không liên

tục khi mang tải thấp

 Giới hạn đỉnh dòng điện trong chỉnh lưu

khi có ngắn mạch trên đ/d DC

Ví dụ về cuộn kháng san phẳng

3.4 Các bộ phận của HVDC

 3 Bộ lọc sóng hài

 Bộ biến đổi sinh ra sóng hài điện áp và dòng điện ở cả hai phía AC và DC Sóng hài gây phát nóng tụ điện và MPĐ gần đó, còn gây nhiễu lên hệ thống thông tin

 Mạch lọc do đó phải được dùng ở cả hai phía DC và

AC

3.4 Các bộ phận của HVDC

 4 Nguồn cung cấp công suất phản kháng

 Bộ biến đổi một chiều có tiêu thụ công suất phản

kháng

 Trong vận hành bình thường, lượng công suất phản kháng tiêu thụ bằng khoảng 50% lượng công suất tác dụng tải qua

 Khi quá độ, yêu cầu về công suất phản kháng có thể nhiều hơn

 Có thể được cung cấp bởi các máy bù đồng bộ, tụ bù tĩnh hoặc các tụ điện trong mạch lọc

3.4 Các bộ phận của HVDC

 5 Điện cực

 Hầu hết các kết nối DC được thiết kế dùng đất như dây trung tính

 Việc nối đất đòi hỏi phải có một bề mặt dẫn điện lớn để hạn chế mật

độ dòng điện và điện trường

 Dây nối đất được xem như điện cực

 6 Đường dây một chiều

 Là đường dây trên không hoặc cáp ngầm

 Ngoại trừ số dây pha, nhìn chung cấu tạo giống đường dây AC

 7 Máy cắt điện xoay chiều

 Để loại trừ sự cố trong MBA cũng như để đưa kết nối DC ra khỏi vận hành, MC được đặt ở phía xoay chiều

 Dùng để giải trừ sự cố phía một chiều

3.5 Các bộ biến đổi

 Một HTĐ HVDC cần có một hệ thống biến đổi để biến đổi năng lượng điện từ AC-DC hoặc ngược lại

 Có 2 loại cấu hình cơ bản:

Bộ biến đổi nguồn áp không đổi (VSC- Voltage Source Converter)

Bộ biến đổi nguồn dòng không đổi

(CSC- Current Source Converter)

 Trong khoảng 1950-1990, chủ yếu

dùng CSC

 Loại truyền thống là dùng van Hồ

quang thủy ngân từ khoảng

hoán vị công suất cao (như là

GTO- Gate Turn Off và

IGBT-(Insulated Gate Bipolar

250MW-và những giới hạn thực tế của các thiết bị đóng mở điện tử

Loại biến đổi

Phía

AC

• Hoạt động như là một nguồn áp

• Yêu cầu một tụ điện như là một thiết bị để chứa năng lượng

• Yêu cầu một bộ lọc AC lớn để loại trừ sóng hài

• Yêu cầu công suất phản kháng để

bù hệ số công suất

• Hoạt động như là một nguồn dòng

• Yêu cầu một điện cảm như là một thiết bị để chứa năng lượng

• Yêu cầu một bộ lọc AC nhỏ để loại trừ sóng hài bậc cao

• Không yêu cầu công suất phản kháng

Phía

DC

• Hoạt động như là một nguồn dòng

• Yêu cầu một điện kháng như là một thiết bị để chứa năng lượng

• Yêu cầu một bộ lọc DC

• Có tính năng hạn chế dòng điện ngắn mạch

• Hoạt động như là một nguồn áp

• Yêu cầu một tụ điện như là một thiết bị để chứa năng lượng

• Tụ điện chứa năng lượng cung cấp khả năng lọc DC mà không cần

thêm vốn đầu tư

• Có vấn đề đối với dòng sự cố phía

DC vì việc nạp cho tụ điện sẽ phóng

ra khi có sự cố

Loại biến đổi

• Sự đóng mở xảy ra tại tần số đường dây ví dụ chỉ một xung trên một chu kỳ

• Lên đến 600kV

• 0-200MW cho một bộ biến đổi

• Lên đến 100kV

Bộ biến đổi nguồn dòng (CSC)

 Bộ biến đổi 6 xung:

 HTĐ xoay chiều bao gồm MBA, biến đổi được (điều áp dưới tải)

 Nguồn xoay chiều là lý tưởng, với 3 pha đối xứng, và tuyệt đối sin

 Dòng điện DC được là phẳng bởi kháng điện

 Các van là lý tưởng, đóng cắt không có tổn thất

 Dòng điện chạy qua van khi điện áp giữa anode và cathode là

 Phương pháp mở xung hoán vị còn gọi là điều khiển pha

 Góc giữa thời gian mà ở đó điện áp qua van là dương, và thời gian

mở van gọi là thời gian trễ mở van

 Hình vẽ chỉ ra rằng, với góc trễ 90°, thì điện áp trung bình là băng 0=> không có công suất tác dụng chạy qua bộ biến đổi

 Khi góc mở lớn hơn 900 thì điện áp là âm, và cực của dòng điện một chiểu bị đổi dấu

 Nhưng chiều của dòng không thay đổi ( vì dòng qua thiristor chỉ chạy theo một chiều )

 Khi chiều của dòng năng lượng bị đảo ngược thì lúc đó bộ chỉnh lưu lại thành nghịch lưu để cung cấp năng lượng cho hệ thống AC

 Giá trị trung bình của điện áp DC là một hàm của góc mở được tính như sau:

 Udiα = 1.35 * UL * cos α

 UL = điện áp thứ cấp

 α = góc mở

 γ = góc đóng

3.6 HVDC-VSC

nghệ nguồn áp không đổi VSC

hành như nghịch lưu Hai bộ này nối theo kiểu lưng-kề-lưng (Back - to - Back)hoặc nối bởi một đường dây cáp một chiều tùy theo ứng dụng thực tế

bộ chỉnh lưu đến bộ nghịch lưu, với khả năng điều chỉnh cao

HVDC-VSC

 HVDC-VSC:

 VSC ở đầu truyền c/s đóng vai tròn là bộ chỉnh lưu và

bộ VSC ở đầu nhận C/s đóng vai trò là bộ nghịch lưu

HVDC-VSC

đóng-mở làm cho công nghệ Voltage Source Converter (VSC) ngày càng trở nên có nhiều ưu điểm trong hệ thống truyền tải

HVDC

thuật và kinh tế cho một loạt những ứng dụng của các HVDC

dùng nguồn áp VSC so với HVDC thông thường dựa trên công nghệ về thyristor

gọi là HVDC-VSC hay theo tên gọi HVDC Light (ABB product) và HVDC Plus (power link universal systems,Siemens product)

suất từ 7-530 MW và điện áp DC trong khoảng10-150 kV

công suất trong khoảng 100-3000 MW và điện áp DC có thể đến 800kV

HVDC-CSC thông thường

 HVDC-VSC là công nghệ mới nhất của HVDC, người ta đã ghi lại vào

ngày 10/3/ 1977, công suất truyền tải trên đường dây HVDC-VSC đầu tiên giữa Hellsjön và Grängerg ở miền trung Sweden là 3 MW and ±10 kV

 Đường dây Gotland HVDC-VSC với công suất 50 MW, và nối một nhà

máy phong điện ở cực nam của đảo Gotland của Thuỵ điển đến thành phố Visby cách 70km Điện áp là ±80 kV sử dụng đường dây cáp

ngầm,và đưa vào vận hành khoảng giữa năm 2000

 Một đ/d HVDC-VSC khác được biết đến là “direct link =Đường nối trực tiếp” cũng được đưa vào vận hành giữa năm 2000 Công suất là 180 MW,

±80 kV chiều dài 65 km cáp ngầm để nối giữa hệ thống Queensland

-New South với hệ thống Terranora - Mullumbimby của Australia

Lắp đặt HVDC-VSC trên thế giới

 Sau đó, đường dây nối Cross Sound ở Newyork là

đường dây HVDC-VSC có công suất lớn nhất, với công suất lên đến 330 MW và vận hành với điện áp ±150 kV

Nó được đưa vào vận hành tháng 9 /2002

 Tiếp theo đó là đường dây Murray : 200 MW và ±150 kV, được đưa vào vận hành 10/2002

 Giữa năm 2000 một HVDC-VSC back-to-back được lắp đặt ở trạm Eagle Pass bang Texas Nó gồm 2 bộ biến

đổi 36 MW nối với một đường dây trên không 138 kV AC

để nối với hệ thống Mexico tại trạm Piedras Negras

 Ngoài ra 13 dự án lắp đặt (HVDC-VSC và STATCOM) đang trong giai đoạn xây dựng

HVDC-VSC

 Những công ty phát minh công nghệ HVDC-VSC cho rằng nó cho phép kết nối một cách kinh tế nhất các lưới nhỏ và các nhà máy

phát điện dùng năng lượng tái tạo vào lưới xoay chiều chính

 Tương tự đối với một số vùng cách biệt,hải đảo, mỏ khai khoáng có thể được cung cấp điện từ lưới xoay chiều chính thông qua

trạm HVDC-VSC, do đó loại trừ việc lắp đặt các mpđ hiệu suất

thấp, hoặc ô nhiễm môi trường như MPĐ diesel

 Điện áp, tần số, công suất tác dụng và phản kháng có thể được

điều khiển chính xác và độc lập với nhau, do đó, có thể có những ứng dụng cho nhưng hệ thống điện “yếu” Việc đảo chiều công suất

có thể đạt được chỉ trong vòng vài trăm mili giây,ví dụ 400 ms

 Ngược lại, với các HVDC thông thường dùng thyristors, các

HVDC-VSC, không yêu cầu nguồn hoán vị ở phía AC của mỗi bộ biến đổi

 Lựa chọn nội dung làm tiểu luận

 Trình bày powerpoint 3-5 phút mỗi sinh viên

 Về HTĐ điện có bù

 Tìm hiểu về HVDC