Đánh giá các thông số của chỉnh lưu và nghịch lưu trên hệ thống HVDC trong chế độ hoạt động bình thường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN QUỐC TRỌNG ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ CỦA NGHỊCH LƯU VÀ CHỈNH LƯU TRÊN HỆ THỐNG HVDC TRONG CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG BÌNH THƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN VĂN THỊNH Hà Nội – Năm 2014 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CAM ĐOAN .4 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN 13 CAO ÁP MỘT CHIỀU (HVDC) 13 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ HVDC 13 1.2 Một số hệ thống HVDC điển hình giới 15 1.2.1 HVDC+/-600kV Itaipu (Paraguay) – Sao Paulo (Brazil) .15 1.2.2 HVDC 350kV Leyte – Luzon, Philipines 16 1.3 Ƣu - nhƣợc điểm ứng dụng hệ thống HVDC 17 1.3.1 Ƣu điểm hệ thống HVDC 17 1.3.2 Nhƣợc điểm hệ thống HVDC 18 1.3.3 Một số ứng dụng phổ biến hệ thống truyền tải HVDC 19 1.4 KẾT LUẬN 20 CHƢƠNG 2: CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG HVDC .21 2.1 Nguyên lý chung hệ thống HVDC .21 2.2 Cấu tạo hệ thống HVDC 21 2.2.1 Bộ biến đổi 22 2.2.2 Trạm biến áp 24 2.2.3 Các lọc xoay chiều 24 2.2.4 Các lọc chiều 25 2.2.5 Cuộn san dòng 25 2.2.6 Nguồn công suất phản kháng 25 2.2.7 Đƣờng dây truyền tải hệ thống HVDC 25 2.2.8 Hệ thống nối đất .26 2.2.9 Hệ thống điều khiển bảo vệ .26 2.3 Một số sơ đồ truyền tải điện cao áp chiều 27 2.3.1 Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực 27 2.3.2 Hệ thống truyền tải HVDC liên kết lƣỡng cực .28 2.3.3 Hệ thống truyền tải HVDC đồng cực tính 29 2.4 Chỉnh lƣu hệ thống HVDC .29 2.4.1 Sơ đồ nối dây nguyên lý làm việc 29 2.4.2 Mạch điều khiển chỉnh lƣu 34 2.5 Nghịch lƣu hệ thống HVDC 36 2.5.1 Khái niệm chung .36 2.5.2 Nguyên lý hoạt động nghịch lƣu sử dụng thyristor 37 2.6 Điều khiển hệ thống HVDC .41 2.6.1 Nguyên lý điều khiển 41 2.6.2 Các phƣơng cách điều khiển .41 2.6.3 Cơ sở để lựa chọn điều khiển 42 2.6.4 Các đặc tính điều khiển 43 2.7 KẾT LUẬN 47 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN HVDC BẰNG MATLAB - SIMULINK .48 3.1 Giới thiệu phần mềm mô Matlab .48 3.1.1 Giới thiệu chƣơng trình MATLAB .48 3.1.2 Tìm hiểu SIMULINK 50 3.1.3 Cách khởi tạo Simulink vẽ sơ đồ mô 51 3.1.4 SimPowerSystems 52 3.2 Mô hình mô ̣ thố ng HVDC Matlab - Simulink 55 3.2.1 Giới thiệu sơ đồ mô hệ thống HVDC 55 3.2.2 Mô tả hệ thống truyền tải điện cao áp chiều HVDC .55 3.3 Kết mô phỏng, đánh giá thông số điều khiển 63 3.3.1 Đồ thị dạng sóng điện áp dòng điện đầu vào chỉnh lƣu nghịch lƣu 63 3.3.2 Kết mô điện áp dòng điện khối chỉnh lƣu nghịch lƣu .65 3.4 KẾT LUẬN 74 Chƣơng 4: SO SÁNH GIỮA TRUYỀN TẢI NĂNG LƢỢNG BẰNG ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI HVDC VÀ ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI XOAY CHIỀU 76 4.1 Cấp điện áp truyền tải 76 4.2 Công suất tổn thất truyền tải 78 4.2.1 Công suất truyền tải 78 4.2.2 Tổn thất công suất 78 4.3 So sánh chi phí xây dựng vận hành 79 4.3.1 Ảnh hƣởng công suất khoảng cách truyền tải .79 4.3.2 Ảnh hƣởng yếu tố khác 83 4.3.3 Vốn đầu tƣ xây dựng hệ thống .85 4.4 KẾT LUẬN 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC .89 PHỤ LỤC .90 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, vấn đề đƣợc trình bày luận văn nghiên cứu riêng cá nhân tôi, kết tính toán luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố tài liệu Có tham khảo số tài liệu báo tác giả nƣớc đƣợc xuất Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm có sử dụng lại kết ngƣời khác Tác giả Trần Quốc Trọng DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AC : Xoay chiều B-B : Trạm Back to Back CSI : Current source Inverter DC : Một chiều HVDC : Hight voltage Direct Current HVAC : Truyền tải điện cao áp xoay chiều HTĐ : Hệ thống điện SIL : Công suất tự nhiên TĐ : Thủy điện VSI : Voltage source Inverter DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bản đồ vị trí tuyến HVDC +/- 600kV Itaipu - Sao Paulo 16 Hình 1.2: Bản đồ vị trí tuyến HVDC 350kV Leyte - Luzon, Philipines 16 Hình 1.3: Cấu trúc đƣờng dây truyền tải HVDC AC-500 kV/2000 MW 18 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền tải điện HVDC 21 Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống HVDC 22 Hình 2.3: Cấu trúc biến đổi 12 xung 22 Hình 2.4: Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực 27 Hình 2.5: Hệ thống truyền tải HVDC liên kết lƣỡng cực 28 Hình 2.6: Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đồng cực 29 Hình 2.7: Sơ đồ chỉnh lƣu cầu ba pha dùng điốt .31 Hình 2.8: Dạng sóng đầu mạch chỉnh lƣu cầu dùng điốt .31 Hình 2.9: Sơ đồ chỉnh lƣu thyristor cầu ba pha 32 Hình 2.10: Dạng sóng đầu chỉnh lƣu thyristor cầu ba pha 33 Hình 2.11: Sơ đồ chế độ nghịch lƣu chỉnh lƣu có điều khiển 33 Hình 2.12: Dạng sóng điện áp phía nguồn nhận 34 Hình 2.13: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 34 Hình 2.14: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” 34 Hình 2.15: Sơ đồ mạch điều khiển phát xung 35 Hình 2.16: Sơ đồ tổng quan kênh điều khiển Thyristor 35 Hình 2.17: Sơ đồ điều khiển kiểu đệm xung điều khiển 36 Hình 2.18: Mạch điều khiển chỉnh lƣu cầu ba pha 36 Hình 2.19: Cấu hình hoạt động nghịch lƣu 37 Hình 2.20: Bộ nghịch lƣu pha cung cấp từ lƣới điện 38 Hình 2.21: Điện áp dòng điện thyristor 38 Hình 2.22: Sơ đồ nghịch lƣu cầu ba pha đƣợc cung cấp từ lƣới điện .39 Hình 2.23: Dạng sóng điện áp nghịch lƣu cầu ba pha cung cấp từ lƣới điện 40 Hình 2.24: Kết nối HVDC trắc đồ điện áp 41 Hình 2.25: Đặc tính xác lập V-I lý tƣởng 44 Hình 2.26: Đặc tính điều khiển xác lập thực tế biến đổi .45 Hình 2.27: Vận hành với biến đổi có kết hợp đặc tính chỉnh lƣu nghịch lƣu .46 Hình 3.1: Giao diện biểu tƣợng MATLAB (Version 7.0) 49 Hình 3.2: Giao diện cửa sổ lệnh MATLAB khởi động xong .49 Hình 3.3: Giao diện cửa sổ đồ thị MATLAB .50 Hình 3.4: Cách vào toolbox SIMULINK MATLAB 51 Hình 3.5: Màn hình cửa sổ thƣ viện SIMULINK .51 Hình 3.6: Thƣ viện SimPowerSystems 53 Hình 3.7: Thƣ viện khối nguồn SimPowerSystems 53 Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống truyền tải HVDC 12 - xung 1000 MW (500kV-2kA) 50/60 Hz .55 Hình 3.10: Khối điều khiển khối bảo vệ chỉnh lƣu 56 Hình 3.11: Khối điều khiển khối bảo vệ nghịch lƣu .57 Hình 3.12: Bộ lọc xoay chiều AC phía 500kV, 60Hz .58 Hình 3.13: Bộ lọc xoay chiều AC phía 345kV, 50Hz .58 Hình 3.14: Đặc tính hoạt động chỉnh lƣu nghịch lƣu .60 Hình 3.15: Đặc tính điều khiển điện áp UDCOL ; Id_ref = f (UDL) .61 Hình 3.16: Sơ đồ mô điện áp, dòng điện đầu vào chỉnh lƣu .63 Hình 3.17: Kết mô phỏng, a Điện áp Uabc, b Dòng điện Iabc đầu vào chỉnh lƣu 63 Hình 3.18: Sơ đồ mô điện áp, dòng điện đầu nghịch lƣu .64 Hình 3.19: Kết mô phỏng, a Điện áp Uabc, b Dòng điện Iabc đầu vào nghịch lƣu .64 Hình 3.20: Hộp thoại thông số điều khiển chỉnh lƣu 65 Hình 3.21: Sơ đồ kết nối với máy hiển sóng chỉnh lƣu 65 Hình 3.22: Kết mô phía chỉnh lƣu; a Đồ thị điện áp, b dòng điện, c góc mở α thyristor, d lệnh điều khiển .66 Hình 3.23: Sơ đồ kết nối với máy hiển sóng nghịch lƣu .67 Hình 3.24: Hộp thoại thông số điều khiển nghịch lƣu 67 Hình 3.25: Kết mô phía nghịch lƣu; a Đồ thị điện áp, b dòng điện, c góc mở α thyristor, d lệnh điều khiển, e góc tắt 68 Hình 3.26: Hộp thoại thay đổi thông số điều khiển chỉnh lƣu 70 Hình 3.27: Hộp thoại thay đổi thông số điều khiển nghịch lƣu 70 Hình 3.28: Kết mô phía chỉnh lƣu thay đổi thông số điều khiển a Đồ thị điện áp, b dòng điện, c góc mở α thyristor, d lệnh điều khiển 71 Hình 3.29: Kết mô phía nghịch lƣu thay đổi thông số điều khiển a Đồ thị điện áp, b dòng điện, c góc mở α thyristor, d lệnh điều khiển 72 Hình 4.1: Truyền tải lƣợng dòng điện xoay chiều 76 Hình 4.2: Truyền tải lƣợng dòng điện chiều 76 Hình 4.3: Tổn thất công suất truyền tải điện dòng điện xoay chiều dòng điện chiều theo khoảng cách truyền tải 79 Hình 4.4: Tổn thất vầng quang theo độ cao tổn thất truyền tải theo chiều dài 82 Hình 4.5: Chi phí đầu tƣ P = 3500 MW 82 Hình 4.6: Chi phí đầu tƣ P = 10.000 MW 83 Hình 4.7: Chiều dài cách điện cấp điện áp khác (Nguồn ABB) .84 Hình 4.8: Mức tăng tƣơng đối yêu cầu cách điện cao độ khác 85 Hình 4.9: Giá thành xây dựng HVDC HVAC theo khoảng cách truyền tải 85 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Danh sách dự án truyền tải chiều [8] 14 Bảng 2.1: Tóm tắt hoạt động mạch chỉnh lƣu cầu ba pha dùng điốt 31 Bảng 4.1: So sánh số mạch truyền tải lƣợng công suất GW 12 GW 81 Trong hình 4.2: - Ud điện áp đƣờng dây chiều - Id dòng điện chạy đƣờng dây chiều - 2R điện trở đƣờng dây chiều Các giả thiết đƣợc sử dụng so sánh hai đƣờng dây có tiết diện, có tổn thất công suất lƣợng công suất truyền tải - Công suất truyền tải đƣờng dây chiều: PDC = 2.Ud.Id - Công suất truyền tải đƣờng dây xoay chiều: PAC = 3.Ua.Ia.cos - Tổn thất công suất đƣờng dây chiều: PDC = 2.(Id)2.R - Tổn thất công suất đƣờng dây xoay chiều: PAC = 3.(Ia)2.R - Nếu nhƣ giả thiết hai đƣờng dây có tổn thất công suất ta có: 2.(Id)2.R = 3.(Ia)2.R  (4.1) Ia   0,82 Id Nhƣ có tổn thất công suất dòng điện chạy đƣờng dây chiều lớn dòng điện chạy đƣờng dây xoay chiều - So sánh cấp cách điện đƣờng dây chiều đƣờng dây xoay chiều điều kiện lƣợng công suất truyền tải tổn thất công suất coi cos = Ta có: PDC = 2.Ud.Id = PAC = 3.Ua.Ia  (4.2) Ud Ia 3      Ua Id - Điện áp cách điện dây so với đất Ud - Điện áp cách điện đƣờng dây xoay chiều 3.U a  (Cấp cách điện chiều / Cấp cách điện xoay chiều ) = Ud 3.U a  0, 71 Vậy với công suất truyền tải tổn thất nhƣ cấp điện áp truyền tải đƣờng dây chiều thấp so với truyền tải đƣờng dây xoay chiều Điều 77 dẫn tới việc giảm đáng kể chi phí xây dựng giảm đƣợc cấp cách điện đƣờng dây [7, 8] 4.2 Công suất tổn thất truyền tải 4.2.1 Công suất truyền tải Các giả thiết đƣợc sử dụng so sánh hai đƣờng dây có cấp điện áp truyền tải, tiết diện dây dẫn (Có khối lƣợng kim loại màu) có dòng điện truyền tải (Ud = 3.U a IA = Id) giả thiết cos =0,85 Ta có : PDC 2.U d I d    1,36 PAC 3.U a I a cos  3.0,85 Ta thấy công suất truyền tải đƣờng dây chiều lớn 1,36 lần so với đƣờng dây xoay chiều có tiết diện cấp điện áp truyền tải Trên thực tế giới hạn truyền tải công suất đƣờng dây xoay chiều thấp giá trị lý tƣởng bị giới hạn tiêu chuẩn để đảm bảo ổn định cho hệ thống [7,8] 4.2.2 Tổn thất công suất Các giả thiết đƣợc sử dụng so sánh hai đƣờng dây có cấp điện áp truyền tải, tiết diện dây dẫn (có khối lƣợng kim loại màu) có công suất truyền tải (Ud = 3.U a PDC = PAC) giả thiết cos =0,85 PDC 2.U d I d 3I d I 3.0,85   1 d   0, 736 PAC 3.U a I a cos 3.0,85.I a Ia PDC 2.I d2 R 2.0, 7362    0,36 PAC 3.I a2 R Nhƣ tổn thất công suất đƣờng dây chiều 0,36 lần so với đƣờng dây xoay chiều tiết diện công suất truyền tải Trong hệ thống điện chiều ta phải kể tới tổn thất công suất biến đổi lƣợng hai phía đƣờng dây chiều Tổn thất công suất đƣợc xác định theo thực nghiệm cỡ 0,6% biến đổi lƣợng Vậy tổn thất công suất hệ thống truyền tải chiều thông thƣờng 45% đến 60% hệ thống truyền tải xoay chiều có cấp điện áp truyền tải, 78 tiết diện dây dẫn Hình 4.3 trình bày tƣơng quan tổn thất công suất truyền tải lƣợng dòng điện chiều dòng điện xoay chiều theo chiều dài đƣờng dây tải điện với công suất truyền tải 1200MW [7,8]  PMW) 150 2xAC 400 kV 100 1200 mm2 DC 400 kV 1200 mm2 50 Tổn thất trạm L (km) 1000 500 Hình 4.3: Tổn thất công suất truyền tải điện dòng điện xoay chiều dòng điện chiều theo khoảng cách truyền tải 4.3 So sánh chi phí xây dựng vận hành 4.3.1 Ảnh hưởng công suất khoảng cách truyền tải Chi phí đầu tƣ cho hệ thống truyền tải điện chịu ảnh hƣởng khía cạnh: điện khí Cả hai yếu tố có mối quan hệ mật thiết, định đến thiết kế hệ thống truyền tải Trong phần điện, công suất truyền tải định đến lựa chọn điện áp, số mạch đƣờng dây, hay nói cách khác, ảnh hƣởng lớn đến chi phí đầu tƣ Ngoài có yếu tố điện khác công suất tải cố, bù công suất phản kháng đƣờng dây xoay chiều Tổn thất công suất ảnh hƣởng lớn đến chi phí vận hành, đó, thƣờng đƣợc tối ƣu hóa lựa chọn tiết diện dây dẫn cấp điện áp truyền tải cho trƣớc Thiết kế cách điện đƣợc xác định cấp điện áp truyền tải, quy định khoảng cách an toàn, điều kiện môi trƣờng khí hậu chất lƣợng vật liệu cách điện Cấp cách điện ảnh hƣởng đến chi phí đầu tƣ cho xây dựng cột điện Hiện tƣợng phóng điện vầng quang ảnh hƣởng đến cấu trúc phân pha dây dẫn, liên quan đến thiết kế chịu lực cột (trọng lƣợng dây dẫn, tải 79 trọng gió, băng tuyết) Ngoài ra, quy định, ràng buộc cƣờng độ điện trƣờng mặt đất ảnh hƣởng đến thiết kế cột, vị trí pha chi phí giải tỏa, đền bù cho hành lang tuyến Tóm lại, với phần khí, chi phí đầu tƣ cho cột điện, cách điện dây dẫn phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc phân pha dây dẫn điều khiện môi trƣờng định Công suất truyền tải: Công suất truyền tải đƣờng dây siêu cao áp xoay chiều bị giới hạn tiêu thụ công suất phản kháng điện cảm đƣờng dây Khi công suất tải lớn công suất tự nhiên, công suất cảm kháng đƣờng dây vƣợt công suất dung kháng phát điện dung đƣờng dây Ngƣời ta thƣờng lắp thêm tụ bù dọc đƣờng dây để tăng khả tải lên tới 150-200% công suất tự nhiên đƣờng dây.Trong đó, đƣờng dây siêu cao áp chiều, công suất truyền tải bị giới hạn chủ yếu nhiệt độ cho phép dây dẫn điều kiện vận hành bình thƣờng Công suất giới hạn nhiệt thƣờng không định tới công suất tải cho đƣờng dây dài siêu cao áp xoay chiều, mà chủ yếu giới hạn tiêu thụcông suất phản kháng Công suất tải cố phụ thuộc vào nhiệt độ cho phép dây dẫn ràng buộc công suất phản kháng Yêu cầu công suất tải cố đƣợc định số mạch song song Trong đó, đƣờng dây siêu cao áp chiều, công suất truyền tải bị giới hạn chủ yếu nhiệt độ cho phép dây dẫn điều kiện vận hành bình thƣờng Công suất tải cố đƣợc định số mạch nhiệt độ cho phép đƣờng dây trƣờng hợp vận hành cố Nhƣ vậy, quan điểm công suất truyền tải, so sánh truyền tải siêu cao áp chiều xoay chiều, truyền tải chiều bị giới hạn công suất nhiệt công suất phản kháng đƣờng dây truyền tải Xác định số mạch đƣờng dây truyền tải: 80 Về bản, số mạch đƣờng dây truyền tải đƣợc xác định công suất điện áp truyền tải Bảng 4.1 mô tả yêu cầu số mạch truyền tải lƣợng công suất GW 12 GW: Bảng 4.1: So sánh số mạch truyền tải lƣợng công suất GW 12 GW * Nguồn: Standard Handbook for Electrical Engineers, Fink, Donal G.McGrawHill Pro Publishing, 2006, page1048 Số mạch đƣờng dây truyền tải phụ thuộc yếu tố sau: - Vận hành cố: thƣờng đƣợc xác định theo tiêu chí N-1, đƣờng dây siêu cao áp xoay chiều chiều không làm việc - Giới hạn nhiệt: 1,5 A/mm2 dây dẫn - Giới hạn nhiệt kA thiết bị trạm hệ thống HVAC Đối với hệ thống HVDC, cấp điện áp 420 kV phía xoay chiều giới hạn nhiệt cho cực 2.9 GW, cấp 500kV 3.4 GW/cực - Phụ tải đƣờng dây HVAC không vƣợt công suất tự nhiên (SIL) điều kiện bình thƣờng không 150 % SIL chế độ cố Tổn thất đƣờng dây: Sự lựa chọn thiết kế hệ thống truyền tải HVAC HVDC đƣợc tối ƣu hóa chi phí đầu tƣ cho đƣờng dây, trạm tổn thất truyền tải Đối với đƣờng dây siêu cao áp xoay chiều, tổn thất công suất tác dụng đƣợc xác định tiết diện ngang dây dẫn Tổn thất vầng quang xoay chiều yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến thiết kế cấu trúc phân pha dây Trong điều kiện thời tiết bình thƣờng, tổn thất vầng quang đạt vài kW/km, nhƣng điều kiện trời mƣa nhiều sƣơng mù, tổn thất vầng quang đạt đến 10-100 81 kW/km Ảnh hƣởng độ cao đến tổn thất vầng quang lớn, cao độ 1800 m so với mặt nƣớc biển, tổn thất vầng quang tăng lên lần Tổn thất công suất truyền tải cao áp chiều phụ thuộc vào tiết diện ngang dây dẫn, đƣợc tính toán tƣơng tự nhƣ truyền tải xoay chiều Tuy nhiên, tổn thất vầng quang hệ thống HVDC không đƣợc tính toán kỹ nhƣ HVAC, điều kiện thời tiết khác (mƣa, sƣơng mù), tổn thất vầng quang tăng 2-3 lần Hiệu ứng độ cao tổn thất vầng quang HVDC tƣơng tự nhƣ HVAC [9] Tổn thất vầng quang đƣợc thể hình 4.4: Hình 4.4: Tổn thất vầng quang theo độ cao tổn thất truyền tải theo chiều dài Khoảng cách truyền tải: Truyền tải siêu cao áp chiều có lợi hành lang tuyến chi phí xây dựng đƣờng dây nhƣng chi phí cho trạm chuyển đổi cao chi phí xây dựng TBA xoay chiều Do đó, đƣờng dây dài, truyền tải HVDC có lợi Dƣới biểu đồ so sánh chi phí đầu tƣ truyền tải 10.000 MW 3500 MW khoảng cách khác nhau: Hình 4.5: Chi phí đầu tƣ P = 3500 MW 82 Công suất truyền tải 3500 MW, truyền tải HVDC +/- 500 kV có lợi từ 400 km trở lên (Nguồn ABB) Hình 4.6: Chi phí đầu tƣ P = 10.000 MW Công suất truyền tải 10.000 MW, truyền tải 800 kV HVDC có lợi từ 600 km trở lên 4.3.2 Ảnh hưởng yếu tố khác Điện trường vầng quang điện Điện trƣờng tĩnh đƣờng dây chiều mép hành lang tuyến đƣợc tính toán cho có giá trị tƣơng đƣơng với cƣờng độ điện trƣờng trái đất Hiện chƣa có nghiên cứu chứng minh đƣợc điện trƣờng sinh mép hành lang tuyến ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời Điện trƣờng sinh từ đƣờng dây xoay chiều thƣờng đƣợc xem xét kỹ lƣỡng so với điện trƣờng đƣờng dây chiều Thiết kế cách điện Thiết kế cách điện đƣờng dây HVAC HVDC có chút khác biệt Khoảng cách an toàn thông số quan trọng thiết kế khí cột điện Đối với HVAC, khoảng cách an toàn tăng nhanh với cấp điện áp, HVDC, khoảng cách an toàn tăng chậm Việc lựa chọn cách điện cho hệ thống EHVAC tƣơng tự nhƣ cho hệ thống xoay chiều điện áp thông thƣờng Các loại cách điện thông thƣờng đƣợc sử dụng cho EHVAC, vật liệu cách điện composit đƣợc cân nhắc lựa chọn truyền tải môi trƣờng ô nhiễm yêu cầu đƣờng dây gọn nhẹ Đối với cách 83 điện đƣờng dây siêu cao áp, thiết kế vòng hồ quang (vòng corona) quan trọng cho làm việc lâu dài ổn định ảnh hƣởng điện trƣờng tới đặc tính kháng nƣớc vật liệu cách điện Yêu cầu cách điện đƣờng dây HVDC cao so với cách điện đƣờng dây xoay chiều cấp điện áp danh định, nguyên nhân sức hút đƣờng dây hạt bụi tích điện trái dấu không khí ảnh hƣởng điện trƣờng xung quanh dây dẫn Khi sử dụng loại cách điện thông thƣờng, cấu tạo hình học cách điện cần đƣợc tính toán kỹ hơn, đặc tính vật liệu cách điện đƣợc quan tâm nhiều hơn, ví dụ nhƣ yêu cầu để ngăn di chuyển ion cách điện thủy tinh Hình dƣới thểhiện chiều dài chuỗi cách điện EHVAC HVDC cấp điện áp khác (đơn vị dài: m) Khi tăng điện áp, chiều dài chuỗi sứ đƣờng dây xoay chiều tăng nhanh, đƣờng dây chiều tăng chậm Hình 4.7: Chiều dài cách điện cấp điện áp khác (Nguồn ABB) Ảnh hưởng độ cao Về bản, ảnh hƣởng độ cao đặc tính cách điện HVDC EHVAC tƣơng đồng, nhƣng khác mức độ Đối với HVAC, đặc tính cách điện thể qua khoảng cách không khí thiết bị đóng cắt Ở độ cao 2000 m, khoảng cách không khí cần tăng 15% so với mặt nƣớc biển Đối với truyền tải chiều, thông số khoảng cách thể qua chịu đựng sóng sét Ở độ cao 2000 m, khoảng cách không khí cần tăng thêm 25% [9] 84 Hình 4.8: Mức tăng tƣơng đối yêu cầu cách điện cao độ khác 4.3.3 Vốn đầu tư xây dựng hệ thống - Vốn đầu tƣ xây dựng đƣờng dây truyền tải điện chiều thƣờng thấp nhiều so với đƣờng dây truyền tải điện xoay chiều có công suất truyền tải Đó đƣờng dây truyền tải điện chiều cần dây dẫn đƣờng dây xoay chiều có công suất Do cột đƣờng dây dẫn điện đƣợc giảm nhẹ đáng kể Tuy vốn đầu tƣ xây dựng trạm biến đổi lƣợng lại đắt so với trạm biến áp đƣờng dây xoay chiều Vốn xây dựng Hệ thống điện xoay chiều Hệ thống điện chiều 600-800 km Vốn đầu tƣ đƣờng dây Vốn đầu tƣ đƣờng dây Vốn đầu tƣ trạm biến áp xoay chiều Vốn đầu tƣ trạm biến đổi chiều L (km) Hình 4.9: Giá thành xây dựng HVDC HVAC theo khoảng cách truyền tải - Trong thực tế xảy phƣơng án nâng công suất đƣờng dây truyền tải siêu cao áp (bằng cách tăng thêm số lộ tạo thêm mạch ) việc lựa chọn hai giải pháp: xây dựng thêm đƣờng dây mới, sử dụng đƣờng dây cũ nhƣng phải thay đổi phƣơng thức truyền tải dòng điện chiều cần phải đƣợc quan tâm xem xét 85 4.4 KẾT LUẬN Truyền tải điện HVAC hay HVDC phƣơng pháp pháp truyền tải điện có ƣu điểm nhƣợc điểm riêng Để hệ thống điện có độ tin cậy cao, ổn định, nâng cao khả tải việc kết hợp truyền tải điện HVAC HVDC phƣơng án hợp lý Truyền tải HVDC nâng cao đƣợc công suất truyền tải, giảm tổn thất hệ thống, bên cạnh khảo sát liên quan đến vấn đề ổn định động với trƣờng hợp cố trầm trọng cho thấy dao động góc máy phát nhƣ công suất hệ thống với mô hình truyền tải DC giảm nhanh vào ổn định, hệ thống truyền tải với mô hình AC dao động kéo dài có xu hƣớng ổn định Đƣờng dây HVDC thay hoàn toàn đƣờng dây HVAC có lợi số trƣờng hợp cụ thể Hơn ngày với phát triển mạnh mẽ điện tử công suất với thiết bị bù tự động, thiết bị FACTs v.v điểm yếu đƣờng dây HVAC đƣợc khắc phục dần Sự kết hợp hợp lý truyền tải điện HVDC đƣờng dây dài, vùng có điều kiện khí hậu đặc biệt, vƣợt biển, kết nối hệ thống điện quốc gia với với truyền tải HVAC lƣới giải pháp tối ƣu cho truyền tải điện Nghiên cứu hiệu áp dụng hệ thống HVDC vào hệ thống truyền tải cao áp Việt Nam mang lại hiệu định, hƣớng triển vọng tƣơng lai Cần phải có hệ thống quy phạm văn áp dụng lĩnh vực truyền tải cao áp chiều Việt Nam 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Ngày công nghệ truyền tải HVDC thành phần thiếu hệ thống truyền tải điện nhiều quốc gia giới Với phát triển kỹ thuật điện tử, khoa học máy tính, biến đổi bán dẫn công suất lớn nhƣ thyristror, IGBT… đƣợc ứng dụng rộng rãi trình truyền tải điện nói chung hệ thống truyền tải HVDC nói riêng Với ƣu điểm HVDC giảm tổn thất công suất đƣờng dây truyền tải so với truyền tải điện xoay chiều cấp điện áp, điều dẫn đến chi phí tổn thất điện hệ thống HVDC thấp truyền tải điện xoay chiều Mặt khác hệ thống dùng cấu trúc chuyển đổi mạch điều khiển chỉnh lƣu – nghịch lƣu xung sử dụng Thyristor, kết hợp mạch lọc, để loại trừ sóng hài bậc bậc Điều có ý nghĩa lớn đến việc cải thiện chất lƣợng hệ thống HVDC Hệ thống HVDC cho phép điều khiển mức cao nhƣ có hỗ trợ hệ thống điện xoay chiều xung quanh, khả kiểm soát điều khiển dòng điện chạy đƣờng dây HVDC đƣợc nhanh chóng, xác cách đặt tín hiệu lên biến đổi Trong nội dung luận văn, tác giả sử dụng công cụ phần mềm để nghiên cứu, đánh giá đáp ứng điện áp dòng điện góc điều khiển hệ thống HVDC Trên sở kết hợp nghiên cứu lý thuyết phần mềm ứng dụng, luận văn đạt đƣợc bƣớc đánh giá cách có hệ thống thông số chỉnh lƣu nghịch lƣu Hệ thống truyền tải HVDC dự án đầy tiềm hệ thống truyền tải điện Việt Nam tƣơng lai gần Kiến nghị, hƣớng phát triển đề tài Trong phạm vi luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu đánh giá thông số chỉnh lƣu nghịch lƣu chế độ làm việc bình thƣờng Hƣớng phát triển đề tài sở phần mềm tiếp tục nghiên cứu đánh giá làm việc hệ thống HVDC chế độ xảy cố từ rút biện pháp để nhằm giảm thiểu cố trình vận hành hệ thống HVDC 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cryil W.Lander Ngƣời dịch: Lê Văn Doanh, “Điện tử công suất điều khiển động điện”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2002 [2] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, “Điện tử công suất (tập 1, tập 2)”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Bính, “Điện tử công suất”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội (1996) [4] Hồ Văn Hiến, “Hệ thống điện truyền tải phân phối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2005 [5] Viện lƣợng – 2006, “Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến 2025” [6] Viện lƣợng - 2006, “Quy hoạch đấu nối lưới điện 500kV, 220kV Việt Nam Trung Quốc đến năm 2025” [7] Viện lƣợng – 2004, “Nghiên cứu khả hợp tác lĩnh vực lượng Việt Nam Trung Quốc” [8] Trần Ngọc Khanh, “Lựa chọn thông số đường dây truyền tải điện siêu cao áp chiều liên kết Việt Nam -Trung Quốc tính toán chế độ làm việc" , Luận văn thạc sĩ khoa học ĐH Bách Khoa HN -2005 [9] Nguyễn Mạnh Cƣờng, “Nghiên cứu khả ứng dụng truyền tải điện chiều Việt Nam”, Viện Năng Lƣợng, 2008 [10] Bùi Tiến Việt, “Nghiên cứu hiệu công nghệ truyền tải điện chiều cao áp khả áp dụng Hệ thống điện Việt Nam”, 2009 [11] SimPowerSystems For Use with Simulink, User’s Guide Mathworks - 2007 [12] HVDC Transmission - Michael Bahrman, P.E IEEE PSCE - 2006 [13] Power Transmission with HVDC at Voltages above 600 kV – U Astrom, L Weimers, V Lescale and G Asplund - IEEE/PES Transmission and Distribution Conference - China - 2005 [14].High Voltage Direct Curent (HVDC) Transmission System Technology Review Paper- Roberto Rudervall (ABB Swed) 88 PHỤ LỤC Bảng 1: Tiêu thụ điện theo ngành khoảng thời gian 2006-2010 [6] STT Danh mục 2005 (%) 2006 (%) 2007 (%) 2008 (%) 2009 (%) Nông nghiệp 1.3 1.1 1.0 1.0 0.9 Công nghiệp 45.8 47.4 50 50.7 50.6 4.9 4.8 4.8 4.8 4.6 43.9 42.9 40.6 40.1 40.1 4.1 3.8 3.7 3.5 3.7 Dịch vụ (Thƣơng mại, khách sạn nhà hàng) Quản lý tiêu dung dân cƣ Khác Bảng 2: Cơ cấu nguồn điện theo công suất sản lƣợng cho giai đoạn 2010-2020 tầm nhìn 2030 2020 2030 Tổng công suất lắp đặt (MW) Thị phần tổng công suất lắp đặt (%) Thị phần tổng sản lƣợng điện (%) Tổng công suất lắp đặt (MW) Thị phần tổng công suất lắp đặt (%) Thị phần tổng sản lƣợng điện (%) STT Nguồn điện Nhiệt điện than Nhà máy nhiệt điện tua bin khí Nhà máy nhiệt điện chạy tua bin khí LNG Nhà máy thuỷ điện Nhà máy thuỷ điện tích Nhà máy điện sinh khối 36,000 48.0 46.8 75,000 51.6 56.4 10,400 13.9 20.0 11,300 7.7 10.5 2,000 2.6 4.0 6,000 4.1 3.9 17,400 23.1 19.6 N/A 11.8 9.3 1,800 2.4 5,700 3.8 500 5.6 2,000 9.4 6.0 Nhà máy điện gió 1,000 4.5 6,200 N/A N/A 2.1 10,700 6.6 10.1 Nhà máy điện nguyên tử Nhập 2,200 3.1 3.0 7,000 4.9 3.8 10 Total 75,000 100 100 146,800 100 100 89 PHỤ LỤC Bảng 3: Dự báo nhu cầu điện toàn quốc đến năm 2025 Hạng mục Năm 2015 GWh % Năm 2020 Năm 2025 GWh % GWh % Kịch thấp Nông, lâm nghiệp & thủy sản 1.443 0,98 1.716 0,79 2.065 0,67 Công nghiệp xây dựng 73.391 49,96 111.653 51,59 163.798 53,09 Thƣơng mại & khách sạn, nhà hàng 9.292 6,33 14.511 6,7 22.410 7,26 Quản lý & tiêu dùng dân cƣ 53.838 36,65 73.751 34,08 98.129 31,81 Các hoạt động khác 8.935 6,08 14.832 6,84 22.109 7,17 Điện thƣơng phẩm 146.898 100 216.433 100 308.511 100 Tổn thất truyền tải phân phối 9,6 8,5 7,5 Tự dùng 3,6 4,2 Điện sản xuất 169.238 247.352 349.390 Công suất cực đại 28.671 40.922 57.804 Kịch sở Nông, lâm nghiệp & thủy sản 162 0,98 2.061 0,8 2.611 0,68 Công nghiệp xây dựng 81.559 49,44 131.066 50,95 199.296 52,29 Thƣơng mại & khách sạn, nhà hàng 10.528 6,38 17.319 6,73 27.550 7,23 Quản lý & tiêu dùng dân cƣ 59.777 36,24 85.629 33,28 119.109 31,25 Các hoạt động khác 11.472 6,95 2.185 8,24 32.595 8,55 Điện thƣơng phẩm 164.961 100 257.260 100 381.160 100 Tổn thất truyền tải phân phối 9,6 8,5 7,5 Tự dùng 3,6 4,2 Điện sản xuất 190.047 294.012 431.664 Công suất cực đại 32.196 48.642 71.416 90 Kịch cao Nông, lâm nghiệp & thủy sản 1.672 0,97 2.109 0,79 2.658 0,67 Công nghiệp xây dựng 84.958 42,29 135.398 50,6 204.149 51,76 Thƣơng mại & khách sạn, nhà hàng 10.828 6,28 17.719 6,62 28.750 7,29 Quản lý & tiêu dùng dân cƣ 62.412 36,21 88.692 33,15 123.089 31,21 Các hoạt động khác 12.485 7,24 23.643 8,84 35.741 9,06 Điện thƣơng phẩm 172.354 100 267.561 100 394.388 100 Tổn thất truyền tải phân phối 9,6 8,5 7,5 Tự dùng 3,6 4,2 Điện sản xuất 198.565 305.784 446.645 Công suất cực đại 33.639 505.790 73.894 Nguồn: Tổng sơ đồ phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 tầm nhìn 2030 (Tổng sơ đồ VII) Bảng 5: Số lƣợng đƣờng dây trạm điện đƣợc bổ sung vào lƣới điện quốc gia cho giai đoạn 2010-2030 Đơn vị 2009 Trạm 500kV MVA 7,500 17,100 24,400 24,400 20,400 Trạm 220kV MVA 19,094 35,863 39,063 42,775 53,250 Đƣờng dây 500kV Km 3,438 3,833 4,539 2,234 2,724 Đƣờng dây 220kV Km 8,497 10,637 5,305 5,552 5,020 Hạng mục 2011-2015 2016-2020 2021-2025 2026-2030 Nguồn: Tổng sơ đồ phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 tầm nhìn 2030 (Tổng sơ đồ VII) 91 ... cứu đánh giá làm việc thông số chỉnh lƣu nghịch lƣu hệ thống HVDC chế độ hoạt động bình thƣờng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu thông số chỉnh lƣu nghịch. .. nhƣ chất lƣợng điện áp hệ thống Do đó, tác giả chọn đề tài: Đánh giá thông số chỉnh lƣu nghịch lƣu hệ thống HVDC chế độ hoạt động bình thƣờng” 10 Mục đích nghiên cứu Trên sở lý thuyết phần mềm... lƣu nghịch lƣu hệ thống HVDC chế độ hoạt động bình thƣờng Từ đó, xem xét giải pháp ứng dụng hệ thống HVDC hệ thống điện Việt Nam 3.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài  Tổng quan công nghệ truyền tải