NGHIÊN cứu và ỨNG DỤNG các bộ BIẾN đổi bán dẫn CÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN ANH TUẤN TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN ANH TUẤN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP MỘT CHIỀU (HVDC) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN KHÓA 2013B Hà Nội – Năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Tác giả luận văn NGUYỄN ANH TUẤN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP MỘT CHIỀU (HVDC) Chuyên ngành : Hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐỖ MẠNH CƯỜNG Hà Nội – Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Trước hết xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Đỗ Mạnh Cường, người thầy tận tình hướng dẫn động viên suốt trình làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo môn Hệ thống điện – Viện điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ hoàn thành tốt khóa học Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè, người kề vai sát cánh bên tôi, động viên suốt khóa học trình làm luận văn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu nêu luận văn trung thực Những kết luận khoa học luận văn chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2015 Tác giả Nguyễn Anh Tuấn ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AC Xoay chiều CSC Bộ biến đổi nguồn dòng DC Một chiều DSP Khối xử lý tín hiệu số DZ Đường dây ĐTCS Điện tử công suất GTO Thyristor khóa cực điều khiển HB Biên độ sai số khâu tạo trễ HVAC Điện xoay chiều cao áp HVDC Điện cao áp chiều HTĐ Hệ thống điện HTĐQG Hệ thống điện Quốc gia IGBT Transistor lưỡng cực có cổng cách ly MBA Máy biến áp NĐ Nhiệt điện SVC Thiết bị bù công suất phản kháng STATCOM Thiết bị bù công suất phản kháng FACTS Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt PWM Điều chế độ rộng xung TĐ Thủy điện TĐTN Thủy điện tích TSĐ Tổng sơ đồ TT Trung tâm TTNĐ Trung tâm nhiệt điện VSC Bộ biến đổi nguồn áp iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU HVDC 1.1/ TỔNG QUAN .4 1.2/ NGUYÊN LÝ & CẤU TẠO HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN HVDC 1.2.1/ Nguyên lý hệ thống HVDC 1.2.2/ Cấu tạo hệ thống HVDC 1.3/ ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU SO VỚI XOAY CHIỀU TRUYỀN THỐNG 14 1.4/ CÁC CẤU HÌNH CỦA HVDC 16 1.4.1/ Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực (Monopolar link) 16 1.4.2/ Hệ thống truyền tải HVDC lưỡng cực (Bipolar link) 17 1.4.3/ Hệ thống truyền tải HVDC cực tính (Homopolar link) 18 1.4.4/ Hệ thống truyền tải HVDC đối lưng (Back to Back) 19 1.4.5/ Hệ thống truyền tải HVDC nhiều điểm đấu 19 1.4.6/ Một số sơ đồ khác 20 1.5/ MỘT SỐ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN HVDC TRÊN THẾ GIỚI 21 1.5.1/ Itaipu, hệ thống truyền tải HVDC lớn giới 21 1.5.2/ Hệ thống HVDC Leyte-Luzon, Philipine 22 1.5.3/ Hệ thống HVDC Rihand – Delhi, India 23 CHƢƠNG 2: CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CHO PHÍA CHỈNH LƢU & NGHỊCH LƢU CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC 25 2.1 BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN DÕNG CSC 27 2.1.1 Trường hợp góc trùng dẫn chuyển mạch 28 2.1.2 Trường hợp với góc trùng dẫn chuyển mạch nhỏ 60 độ 30 2.2 BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN ÁP VSC 34 2.2.1 Giới thiệu 34 2.2.2 Điều khiển điện áp tụ chiều 37 2.2.3 VSC với điều khiển dòng xoay chiều 37 2.2.3.1 Các phương pháp điều chế PWM 38 iv 2.2.4 VSC với điều khiển điện áp xoay chiều 40 2.2.4.1 PWM với chuyển mạch điện áp lưỡng cực 42 2.2.4.2 PWM với chuyển mạch điện áp đơn cực 42 2.3 NHẬN XÉT 43 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ TÍNH KHẢ THI ỨNG DỤNG HVDC TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 44 3.1 NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI VÀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 44 3.1.1 Hệ thống điện Việt Nam [2] 44 3.1.2 Ứng dụng HVDC cho hệ thống điện Việt Nam 46 3.1.3 Nhận xét 51 3.2 CHI PHÍ ĐẦU TƢ HỆ THỐNG HVDC TRONG CÁC TRƢỜNG HỢP CỤ THỂ TẠI VIỆT NAM 51 3.2.1 Các giả thiết đưa vào tính toán 52 3.2.1.1 Các giả thiết mặt kỹ thuật 52 3.2.1.2 Các giả thiết mặt kinh tế .53 3.2.2 Tính toán chi phí hóa yếu tố đầu vào thay đổi 56 3.2.2.1 Mô hệ thống điện PSS/E 56 3.2.2.2 Khoảng cách truyền tải 270 km .58 3.2.2.3 Khoảng cách truyền tải 450 km .67 3.2.3 Những dự án truyền tải điện chiều tiềm 72 3.2.3.1 Truyền tải điện khu vực Nam Trung - Đông Nam Bộ: 72 3.2.3.2 Truyền tải điện liên kết Việt Nam – Trung Quốc: 73 3.2.4 Nhận xét 74 CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG MỘT HỆ HVDC 75 4.1 GIỚI THIỆU .75 4.2 MÔ TẢ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU 75 4.3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC SỬ DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI VSC .75 KẾT LUẬN CHUNG 91 Kiến nghị: 93 Tài liệu tham khảo: 94 v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2- 1: Bảng so sánh hai biến đổi CSC VSC 26 Bảng 3- 1: Cân công suất nguồn phụ tải khu vực Nam Trung Bộ 45 Bảng 3- 2: Suất đầu tư cho đường dây 500 kV năm gần 54 Bảng 3- 3: Suất đầu tư xây dựng đường dây truyền tải KOPEC (số liệu 2006) 54 Bảng 3- 4: Suất đầu tư trạm chuyển đổi dự án HVDC giới 55 Bảng 3- 5: Thông số đường dây không 765 kV: Dây phân pha 6xACSR480 mm2, khoảng cách phân pha 400 mm (theo tiêu chuẩn Hàn Quốc) 57 Bảng 3- 6: Nguồn điện khu vực Nam Trung Bộ (xung quanh nhà máy điện hạt nhân 1Ninh Thuận) 2015-2025 58 Bảng 3- 7: Các phương án truyền tải công suất từ 2500MW đến 12000MW 61 Bảng 3- 8: Kết tính toán tổn thất công suất 62 Bảng 3- 9: Tổng vốn đầu tư hệ thống truyền tải 63 Bảng 3- 10: Chi phí hóa hệ thống truyền tải 64 Bảng 3- 11: Các phương án truyền tải công suất từ 1500MW đến 4500MW 69 Bảng 3- 12: Kết tính toán tổn thất công suất 69 Bảng 3- 13: Tính toán vốn đầu tư cho hệ thống truyền tải 70 Bảng 3- 14: Bảng tổng hợp chi phí hóa 71 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1- 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền tải HVDC Hình 1- 2: Cấu trúc hệ thống HVDC Hình 1- 3: Cấu trúc biến đổi 12 xung Hình 1- 4: Hình ảnh mô-đun Thyristor Hình 1- 5: Bộ biến đổi gồm nhiều mô-đun Thyristor ghép lại với Hình 1- 6: Trạm biến áp chiều 800 KV 10 Hình 1- 7: Bộ lọc xoay chiều pha 11 Hình 1- 8: Bộ lọc chiều 500 KV 11 Hình 1- 9: Cuộn san dòng lõi không khí 12 Hình 1- 10: Nguồn công suất phản kháng tụ điện 12 Hình 1- 11: Trung tâm điều khiển hệ thống HVDC 14 Hình 1- 12: Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực 16 Hình 1- 13: Hệ thống truyền tải HVDC lưỡng cực 17 Hình 1- 14: Hệ thống truyền tải HVDC cực tính 18 Hình 1- 15: Hệ thống truyền tải HVDC đối lưng 19 Hình 1- 16: Hệ thống truyền tải HVDC nhiều điểm đấu 20 Hình 1- 17: Cấu trúc hệ thống HVDC sử dụng lượng gió 21 Hình 1- 18: Hệ thống truyền tải HVDC Itaipu-saopaolo 21 Hình 1- 19: Hệ thống truyền tải HVDC Itaipu-saopaolo 22 Hình 1- 20: Hệ thống truyền tải HVDC Rihand – Delhi, India 23 Hình 1- 21: Bản đồ vị trí số dự án HVDC giới 24 Hình 2- 1: Bộ biến đổi nguồn dòng biến đổi nguồn áp 25 Hình 2- 2: Mạch cầu xung 27 Hình 2- 3: Ảnh hưởng trùng dẫn lên số lượng van dẫn 27 Hình 2- 4: Dạng sóng điện áp dây điện áp pha 28 Hình 2- 5: Bộ biến đổi cầu với hai van dẫn 29 Hình 2- 6: Mối liên hệ dòng xoay chiều chiều với trùng dẫn 30 Hình 2- 7: Bộ biến đổi cầu với van 1,2 dẫn 30 Hình 2- 8: Điện áp chiều với ảnh hưởng trùng dẫn 32 vii Hình 2- 9: Các kết từ mô EMTP chỉnh lưu 33 Hình 2- 10: Nguyên lý vận hành VSC [2] 34 Hình 2- 11: Vận hành góc phần tư VSC 36 Hình 2- 12: Các kết từ vận hành VSC 37 Hình 2- 13: Bộ chỉnh lưu với PWM điều khiển dòng nguồn áp 38 Hình 2- 14: Phương pháp lấy mẫu có chu kỳ điều chế PWM 39 Hình 2- 15: Bộ so sánh có ngưỡng hiệu chỉnh (HB) điều chế PWM 39 Hình 2- 16: Phương pháp sóng mang tam giác điều chế PWM 39 Hình 2- 17: Thực thi chỉnh lưu với điện áp điều khiển cho vận hành hệ số công suất đơn vị [2] 40 Hình 2- 18: Thực thi PWM hình sin 41 Hình 2- 19: Phương pháp chuyển mạch lưỡng cực (a) đơn cực (b) 43 Hình 3- 1: Hệ thống điện 500 kV Miền Nam Việt Nam-2020 (TSĐ VI) 44 Hình 3- 2: Phân bố công suất lưới điện 500 kV Miền Nam năm 2020-mô hình HVAC 46 Hình 3- 3: Dao động điện áp, công suất, góc pha máy phát trường hợp cố ngắn mạch pha vĩnh cửu DZ 500 kV Di Linh-TĐTN (đóng lặp lại không thành công), điểm cố gần 500 kV TĐTN 47 Hình 3- 4: Phân bố công suất lưới điện 500kV Miền Nam năm 2020-mô hình HVDC 48 Hình 3- 5: Dao động điện áp, góc pha máy phát trường hợp cố ngắn mạch pha vĩnh cửu DZ 500 kV NĐ Bình Định-NĐ Cam Ranh (đóng lặp lại không thành công), điểm cố 500 kV NĐ Cam Ranh (RECTIFIER) 49 Hình 3- 6: Dao động công suất DC đầu chỉnh lưu, góc cắt trước, góc kích trễ trường hợp cố vĩnh cửu DZ 500 kV NĐ Bình Định-NĐ Cam Ranh (đóng lặp lại không thành công), điểm cố gần 500 kV Cam Ranh (RECTIFIER) 50 Hình 3- 7: Bản đồ vị trí nhà máy điện khu vực Nam trung 59 Hình 3- 8: Sơ đồ khối hệ thống truyền tải 60 Hình 3- 9: Đồ thị biểu diễn tổn thất theo công suất truyền tải L = 270 km 62 Hình 3- 10: Đồ thị biểu diễn tổng vốn đầu tư theo công suất truyền tải L = 270 km 63 Hình 3- 11: Đồ thị chi phí hóa theo công suất truyền tải L = 270 km 64 Hình 3- 12: Suất đầu tư cho TBA 765/500 kV giảm = 25.000 USD/MW 65 Hình 3- 13: Suất đầu tư cho TBA 765/500 kV giảm = 20.000 USD/MW 65 viii chiều (ví dụ thông qua lọc xoay chiều tiếp địa) Một cuộn san dòng kết nối đầu cực Để giữ cân phía chiều, mức khác điện áp cực phải điều khiển giữ đến (nhìn khối điều khiển cân điện áp chiều khối điều khiển VSC) Bộ chỉnh lưu nghịch lưu liên kết thông qua đường cáp 100 km (2 khâu pi) Sử dụng cáp ngầm đặc trưng truyền dẫn VSC-HVDC Một máy cắt sử dụng cố chạm đất ba pha phía xoay chiều nghịch lưu Một khối nguồn áp ba pha khả lập trình sử dụng hệ thống trạm để chống sụt giảm điện áp ngắn hạn Hệ thống điều khiển VSC Hình 4- 7: Bộ điều khiển VSC (trạm 1) 80 Hình 4- 8: Bộ điều khiển VSC (trạm 2) Một sơ đồ khối mức cao mô mô hình điều khiển VSC rời rạc hình sau: Hình 4- 9: Sơ đồ khối mức cao điều khiển VSC rời rạc 81 Các thiết kế điều khiển biến đổi giống hết Hai điều khiển độc lập, truyền thông chúng Từng biến đổi có hai bậc tự Trong trường hợp ta, điều khiển sử dụng để điều khiển:  P Q trạm (chỉnh lưu)  Udc Q trạm (nghịch lưu) Điều khiển điện áp xoay chiều thay đổi đến Q Điều đòi hỏi điều chỉnh bổ sung mà không thực mô hình Thời gian lấy mẫu mô hình điều khiển (Ts_Điều khiển) 74,06 µs, 10 lần thời gian lấy mẫu mô Lựa chọn sau phần trăm chu kỳ sóng mang PWM (nghĩa là: 0,01/1350) đưa mô xác chấp nhận Các yếu tố công suất, lọc chống cưa khối phát PWM sử dụng thời gian lấy mẫu (Ts_Công suất) 7,406 µs Chế độ vận hành PWM không đồng lựa chọn cho mô hình Điện áp dòng điện lấy mẫu chuẩn hóa (trong pu) cấp tới điều khiển Khối chuyển đổi Clark: chuyển đổi đại lượng ba pha thành thành phần véc tơ không gian α β (thành phần thực ảo) Đo lường tín hiệu (U I) phía sơ cấp bị xoay ±pi/6 theo tổ đấu dây máy biến áp (YD11 hay YD1) để có hệ quy chiếu tương tự với tín hiệu đo phía thứ cấp máy biến áp (xem khối CLARK YD) Khối chuyển đổi dq: tính toán hướng trục “d” đại lượng bình phương trục “q” (2 trục quay hệ quy chiếu) từ đại lượng α β Khối tính toán tín hiệu: tính toán lọc đại lượng sử dụng điều khiển (ví dụ: công suất tác dụng công suất phản kháng, hệ số điều chế, điện áp dòng DC, ) Vòng khóa pha (PLL): Khối PLL đo lường tần số hệ thống cung cấp góc đồng pha Θ (chính xác [sin(Θ), cos(Θ)]) cho khối chuyển đổi dq Ở chế độ xác lập, 82 sin(Θ) pha với (thứ tự thuận) thành phần α pha A điện áp PCC (Uabc) Vòng lặp điện áp công suất tác dụng-phản kháng bên ngoài: Khối chứa điều chỉnh vòng lặp mà tính toán giá trị đặt véc tơ dòng điện biến đổi (Iref_dq) đầu vào khối vòng lặp dòng điện bên Các chế độ điều khiển là: theo trục “d” - dòng công suất tác dụng PCC điện áp chiều cực-cực Theo trục “q” – dòng công suất phản kháng PCC Chức khối vòng lặp điện áp công suất tác dụng - phản kháng mô tả bên - Khối điều chỉnh điều khiển công suất phản kháng: kết hợp điều khiển PI với điều khiển tiếp thuận để tăng tốc độ đáp ứng Để tránh ngừng tích hợp, hành động sau phải thực hiện: Lỗi cài lại điện áp PCC đo nhỏ giá trị (nghĩa thời gian nhiễu xoay chiều) ; đầu điều chỉnh bị giới hạn, lỗi giới hạn cấp lại với ký hiệu đến đầu vào tích hợp Khối khắc phục điện áp xoay chiều dựa vào điều chỉnh PI khắc phục điều chỉnh công suất phản kháng để trì điện áp xoay chiều PCC dải an toàn, đặc biệt chế độ xác lập - Khối điều chỉnh điều khiển công suất tác dụng: tương tự khối điều khiển công suất tác dụng Khối Ramping bổ sung điều chỉnh công suất đặt tới giá trị mong muốn với mức điều chỉnh điều khiển mở khóa Giá trị điều chỉnh cài lại biến đổi bị khóa Khối khắc phục điện áp chiều dựa vào hai điều chỉnh PI khắc phục điều chỉnh công suất tác dụng để trì điện áp chiều dải an toàn, đặc biệt thời gian nhiễu hệ thống xoay chiều trạm điều khiển điện áp chiều - Khối điều chỉnh điều khiển điện áp chiều: sử dụng điều chỉnh PI Khối kích hoạt khối điều khiển công suất tác dụng bị ngắt Đầu khối giá trị đặt thành phần “d” véc tơ dòng điện biến đổi khối giới hạn giá trị dòng điện đặt - Khối tính toán giá trị dòng điện đặt: chuyển đổi giá trị công suất tác dụng công suất phản kháng đặt tính toán điều khiển P Q đến giá trị dòng điện 83 đặt theo điện áp đo (véc tơ không gian) lọc Dòng điện đặt ước lượng cách phân chia công suất đặt điện áp (nâng lên giá trị điện áp đặt trước nhỏ nhất) - Véc tơ dòng điện đặt bị giới hạn đến giá trị lớn chấp nhận (nghĩa phụ thuộc thiết bị) khối giới hạn dòng điện đặt Trong chế độ điều khiển công suất, Tỷ lệ cân áp dụng với công suất tác dụng công suất phản kháng đặt giới hạn bị bắt buộc Trong chế độ điều khiển điện áp DC, ưu tiên cao đưa đến công suất tác dụng giới hạn bị bắt buộc điều khiển hiệu dụng điện áp Vòng lặp dòng điện bên trong: Chức khối mô tả sau: - Khối điều khiển dòng xoay chiều: theo dấu vết véc tơ dòng điện đặt (thành phần “d” “q”) với sơ đồ tiếp thuận để đạt điều khiển nhanh dòng điện thay đổi tải nhiễu tải (ví dụ: lỗi ngắn mạch không vượt qua giá trị đặt) Về chất, bao gồm véc tơ điện áp U_dq biết điện áp biến đổi tính toán việc cộng thêm điện áp rơi để dòng điện chạy qua điện cảm U điện áp PWM-VSC Phương trình trạng thái mô tả động dòng điện VSC sử dụng (được làm xấp xỉ bỏ qua lọc xoay chiều) Thành phần “d” “q” tách rời để nhận hai mô hình trạm cấp độc lập Một phản hồi tích phân tỷ lệ (PI) dòng điện biến đổi sử dụng để giảm lỗi chế độ xác lập Đầu khối điều khiển dòng xoay chiều véc tơ điện áp đặt không giới hạn Vref_dq_tmp - Khối quy định điện áp đặt: đưa vào tính toán điện áp chiều thực tế giá trị đỉnh lớn theo lý thuyết điện áp pha cầu mối liên hệ với điện áp chiều để phát véc tơ điện áp đặt tối ưu Trong mô hình (một NPC bậc với PWM bản), tỷ số điện áp pha đỉnh lớn tổng điện áp chiều (với hệ số điều chế 1) Bằng cách lựa chọn điện áp dây danh định 100 kV thứ cấp máy biến áp điện áp chiều tổng danh định 200 kV hệ số điều chế danh định 0,816 Về lý thuyết, biến đổi phát đến 1/0,816 1,23 pu hệ 84 số điều chế Giới hạn điện áp quan trọng cho việc phát dòng biến đổi điện dung đáng kể (nghĩa dòng công suất phản kháng đến hệ thống AC) - Khối giới hạn điện áp đặt: giới hạn biên độ véc tơ điện áp đặt đến 1.0, điều chế vượt không mong đợi - Khối chuyển đổi Clark nghịch dq nghịch yêu cầu để phát giá trị đặt điện áp ba pha đến PWM Điều khiển cân điện áp chiều : kích hoạt ngắt Sự khác điện áp phía chiều (dương âm) điều khiển để giữ cân phía chiều cầu bậc (nghĩa điện áp cực) chế độ xác lập Sự phân chia nhỏ điện áp cực xảy thay đổi dòng biến đổi tác dụng/phản kháng phi tuyến thiếu xác việc thực điện áp điều chế độ rộng xung Hơn nữa, chênh lệch điện áp cực cân vốn có trở kháng thành phần mạch điện Dòng Id0 điểm xác định sai lệch điện áp chiều Ud0 Hình 4- 10: Điện áp dòng điện chiều mạch cầu ba bậc Id0 = -(Id1 + Id2) = -C (Ud1 – Ud2) = -C (Ud0) Bằng cách thay đổi thời gian dẫn chuyển mạch cực thay đổi dòng điện chiều điểm Id0 nhờ điều khiển điện áp sai lệch Ud0 Ví dụ: sai lệch dương (Ud0 ≥ 0) giảm đến biên độ điện áp đặt mà phát dòng điện điểm dương tăng lên lúc với biên độ điện áp đặt mà phát dòng điện điểm âm bị giảm xuống 85 Điều thực cách cộng thêm thành phần bù vào điện áp đặt hình sin Do đó, điện áp cầu trở nên biến dạng, để hạn chế ảnh hưởng biến dạng điều khiển phải chậm Cuối cùng, để đặc tính tốt hơn, chức phải kích hoạt trạm điều khiển điện áp chiều Đặc tính động Trong phần tiếp theo, đặc tính động hệ thống truyền tải kiểm chứng mô quan sát  Đáp ứng động theo thay đổi bước nhảy áp dụng tới giá trị đặt điều chỉnh công suất tác dụng/phản kháng điện áp chiều  Khôi phục khỏi nhiễu nhẹ nhiễu mạnh hệ thống xoay chiều Để có giải thích đầy đủ phương pháp, quan sát kết nữa, tham chiếu đến khối thông tin mô hình Mô Hai mô cho phép kiểm nghiệm đáp ứng hệ thống đến: 1) Các bước nhảy giá trị đặt điều chỉnh 2) Nhiễu nhỏ nhiễu mạnh phía xoay chiều Đáp ứng bƣớc nhảy điều chỉnh công suất (P&Q) điện áp Hệ thống lập trình để khởi động đạt chế độ xác lập Các bước nhảy xếp theo trình tự sau:  Công suất tác dụng phản kháng đặt chỉnh lưu  Điện áp DC đặt nghịch lưu Đáp ứng động điều chỉnh quan sát Bắt đầu mô Mở scope B1 trạm phía DC trạm (trong hệ thống thu thập liệu tương ứng) Kiểm nghiệm trạm 1: Công suất tác dụng ghi (1 pu = 200 MW) công suất phản kháng ghi (1 pu = 200 Mvar) (các giá trị đặt đo được) ; Kiểm nghiệm trạm 2: điện áp DC ghi (1 pu = 100 kV) (các giá trị đặt đo được) 86 Hình 4- 11: Khởi động đáp ứng bước nhảy công suất tác dụng & công suất phản kháng B1 trạm Hình 4- 12: Khởi động đáp ứng bước nhảy điện áp Udc trạm 87 Đầu tiên, điều khiển điện áp DC biến đổi trạm mở khóa t = 0,1 s ; sau đó, điều khiển công suất tác dụng biến đổi trạm mở khóa t = 0,3 s công suất tác dụng tăng lên từ từ đến pu Chế độ xác lập đạt xấp xỉ t = 1,3 s với điện áp DC công suất pu (100 kV, 200 MW) Cả hai biến đổi điều khiển dòng công suất phản kháng đến giá trị trạm đến 20 Mvar (-0,1 pu) hệ thống trạm Sau chế độ xác lập đạt được, bước nhảy a = -0,1 pu áp dụng đến giá trị công suất tác dụng đặt biến đổi t = 1,5 s (giảm từ pu xuống 0,9 pu) sau đó, bước nhảy a = -0,1 pu áp dụng đến giá trị công suất phản kháng đặt chỉnh lưu (từ xuống -0,1 pu) t = 2,0 s Tại trạm 2: bước nhảy a = -0,05 pu (giảm từ pu xuống 0,95 pu) áp dụng đến giá trị điện áp đặt DC nghịch lưu t =2,5 s Đáp ứng động điều chỉnh quan sát, ta thấy chúng đáp ứng nhanh không ảnh hưởng qua lại lẫn Thời gian ổn định xấp xỉ 0,3 s Điều minh chứng cho khả điều khiển nhanh dòng công suất tác dung, phản kháng điện áp chiều VSC; ổn định hệ thống Thiết kế điều khiển cố gắng tách rời đáp ứng công suất tác dụng công suất phản kháng Các nhiễu phía AC Từ điều kiện chế độ xác lập, nhiễu nhỏ nhiễu mạnh kiểm tra hệ thống trạm tương ứng Sụt giảm điện áp pha ngắn hạn áp dụng trạm Sau theo dõi phục hồi hệ thống Sự cố chạm đất pha áp dụng trạm Phục hồi hệ thống từ nhiễu nhanh chóng ổn định Các dạng sóng chụp lại từ scopes hình sau: 88 Bước nhảy điện áp hệ thống AC 1: Hình 4- 13: Kết mô sụt giảm điện áp pha ngắn hạn Bước nhảy điện áp AC (-0,1 pu) áp dụng t = 1,5 s thời gian 0,14 s (7 chu kỳ) Các kết độ sai lệch công suất tác dụng công suất phản kháng từ nhiễu tương ứng nhỏ 0,09 pu 0,2 pu Thời gian phục hồi nhỏ 0,3 s trạng thái ổn định đạt trước khởi tạo nhiễu 89 Sự cố pha chạm đất trạm 2: áp dụng t = 2,1 s thời gian 0,12 s (6 chu kỳ) trạm Khởi động lại mô Hình 4- 14: Kết mô cố chạm đất pha trạm Quan sát thời gian lỗi ba pha, công suất DC truyền tải gần bị dừng điện áp DC dẫn đến tăng (1,2 pu) từ dung kháng phía DC bị nạp Một chức đặc biệt (khôi phục điều khiển điện áp DC) điều khiển công suất tác dụng (tại trạm 1) cố gắng giới hạn điện áp DC nằm dải cố định Hệ thống phục hồi tốt sau lỗi vòng 0,5 s Ta quan sát tải công suất tác dụng (1,33 pu trạm 1) dao động tắt dần (quanh 10 Hz) công suất phản kháng 90 KẾT LUẬN CHUNG Luận văn trình bày cách tổng quan công nghệ truyền tải điện cao áp chiều, đưa cấu trúc, tính toán thiết kế phần tử mạch lực mạch điều khiển cho hệ thống HVDC sử dụng chỉnh lưu tích cực có khả trao đổi công suất hai chiều Từ tiến hành mô hệ thống Matlab/Similink Bên cạnh luận văn đánh giá tính khả thi công nghệ truyền tải điện cao áp chiều Việt Nam phương diện kinh tế kỹ thuật so với hệ thống truyền tải điện xoay chiều Truyền tải điện cao áp chiều ứng dụng có nhiều ưu điểm so với hệ thống truyền tải xoay chiều truyền thống, khoảng cách truyền tải nguồn phụ tải lớn Tuy nhiên rào cản lớn HVDC việc phải sử dụng thiết bị công suất siêu lớn, điện áp làm việc cao, đòi hỏi công nghệ điện tử công suất, điều khiển, giám sát có độ xác cao phức tạp Cùng với phát triển công nghệ điện tử công suất, chi phí cho hệ thống HVDC ngày giảm Các hệ thống HVDC sử dụng rộng rãi giới trở thành phận thiếu hệ thống điện quốc gia nước Mỹ, Brazil, Trung Quốc,… Đánh giá phương diện kỹ thuật nói chung, mô hình truyền tải HVDC nâng cao công suất truyền tải, giảm tổn thất hệ thống Đồng thời, khảo sát liên quan đến vấn đề ổn định động cố trầm trọng cho thấy dao động góc máy phát công suất hệ thống với mô hình truyền tải DC giảm nhanh ổn định, hệ thống truyền tải với mô hình AC cho hình ảnh dao động góc máy phát kéo dài có xu hướng ổn định Bên cạnh đó, với việc truyền tải độc đạo đường dây DC giảm thiểu xác suất cố so với mô hình HVAC Tuy nhiên vấn đề xử lý sóng hài phức tạp, không lọc tốt ảnh hưởng đến hoạt động máy điện xoay chiều, gây nhiễu sóng thông tin liên lạc nên bất lợi HVDC Về mặt kinh tế, mô hình HVDC xây dựng nguồn điện tập trung nên thuận lợi cho triển khai đầu tư rút ngắn thời gian xây dựng hạn chế 91 phát sinh đền bù yêu cầu hành lang tuyến Tính toán cho tổn thất mô hình HVDC thấp so với HVAC Nếu đầu tư xây dựng hàng loạt nhà máy điện dọc khu vực Nam Trung Bộ truyền tải cấp điện áp xoay chiều 500 kV dẫn đến khối lượng đầu tư cao, chi phí xây dựng, giải phóng mặt tăng nhiều so với truyền tải DC Tuy nhiên chi phí đầu tư cho trạm chuyển đổi AC-DC DC-AC cao nhiều so với chi phí xây dựng trạm biến áp xoay chiều, chi phí cần bù đắp chi phí giảm đường dây chiều tổn thất điện Ngoài ra, liên kết hệ thống điện không đồng hệ thống truyền tải điện chiều gần lựa chọn Có cách khác để liên kết hệ thống không đồng qua hệ thống xoay chiều, sử dụng máy biến tần quay (VFT) có tác dụng thay đổi góc pha đầu vào đầu Tuy nhiên máy biến tần thương mại dừng lại công suất 300 MW/máy phát triển Ở Mỹ nghiên cứu dự án lắp đặt máy biến tần quay công suất 3x300 MW (là công suất lớn nay) cấp điện cho New York Trong tương lai công nghệ máy biến tần quay phát triển thêm, tăng quy mô công suất giảm giá thành dự án khả thi Việt Nam Ở thời điểm tại, tính toán liên kết hai hệ thống điện không đồng phương án truyền tải DC lựa chọn số hoàn toàn khả thi điều kiện Việt Nam Trong khuôn khổ luận văn, hạn chế thời gian kiến thức số lĩnh vực tác giả nên tránh thiếu sót, kết mô kiểm chứng chưa thực đầy đủ phần phản ánh tính xác vấn đề mà tác giả đề cập Kết luận văn tiền đề cho nghiên cứu dài thời gian tới 92 Kiến nghị: Hiện nay, hệ thống tài liệu tiêu chuẩn, văn quy phạm đường dây siêu cao áp chiều Việt Nam chưa có Trong “Quy phạm trang bị điện” gần Bộ công nghiệp (nay Bộ công thương) phát hành năm 2006 quy phạm cho hệ thống HVDC Nếu phương án mua điện Trung Quốc qua hệ thống HVDC 500 kV trở thành thực cần có hệ thống quy phạm lĩnh vực siêu cao áp chiều, làm sở để xây dựng, quản lý, vận hành hệ thống Tương tự, hệ thống quy phạm cho cấp điện áp AC 765 kV cần xây dựng khả sử dụng cấp truyền tải AC 765 kV khả thi cụm Điện hạt nhân 1, 2, TĐ Tích Năng nhà máy nhiệt điện (Ninh Thuận-Bình Thuận) 93 Tài liệu tham khảo: [1] Nguyễn Mạnh Cƣờng (2008), Nghiên cứu khả ứng dụng truyền tải điện chiều Việt Nam, Viện Năng Lƣợng [2] Viện Năng Lƣợng (tháng 11/2007), Quy hoạch đấu nối trung tâm nhiệt điện than toàn quốc vào hệ thống điện Quốc gia, Tập 1, [3] Vijay K.Sood, HVDC and FACTS Controllers Applications of Static Converters in Power Systems [4] PSS/ETM 30 – Volume I, II Program Application Guide – Power technologies, INC [5] (2008), “Ứng dụng HVDC việc nâng cao khả truyền tải ổn định hệ thống điện Việt Nam” , Tạp chí khoa học công nghệ, Đại học Đà Nẵng – Số 2(25) [6] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, Tập 1, [7] Mohamed E El-Hawary, Electrical Energy Systems [8] Hồ Văn Hiến (2005), Hệ thống điện truyền tải phân phối, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 94 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Tác giả luận văn NGUYỄN ANH TUẤN TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN CÔNG SUẤT TRONG HỆ... đích, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu: Đối tượng mà luận văn hướng tới công nghệ truyền tải điện cao áp chiều HVDC Phạm vi đề tài nghiên cứu ứng dụng biến đổi bán dẫn công suất cho phía chỉnh lưu... thống HVDC a/ Bộ biến đổi: Một biến đổi điển hình thường sử dụng hai sơ đồ cầu chỉnh lưu pha mắc nối tiếp để tạo thành thiết bị biến đổi 12 xung Tổng số van biến đổi 12 Mỗi van sử dụng để chuyển