Nghiên cứu ứng dụng hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC nhằm nâng cao khả năng truyền tải điện năng có xét đến sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ NGUYỄN VIẾT TRỊ NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG BẰNG HỆ THỐNG HDVC CÓ XÉT ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO TRONG TƢƠNG LAI C C R UT.L D Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng - Năm 2020 Cơng trình hoàn thành tại: TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Dƣơng Minh Quân Phản biện 1: TS Trần Tấn Vinh Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Hồng Anh C C R UT.L D Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật điện họp trường Đại học Bách khoa vào ngày 18 tháng năm 2020 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm học liệu truyền thông Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng  Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Đ n đề Với nhịp độ tăng trưởng kinh tế xã hội gia tăng dân số toàn cầu nay, nhu cầu tiêu thụ lượng khơng ngừng tăng lên địi hỏi ngành điện phải luôn phát triển trước đón đầu Từ hệ thống điện (HTĐ) liên tục mở rộng phát triển nguồn đường dây truyền tải, nguồn lượng tái tạo: gió, mặt trời,… tích hợp lưới điện ngày nhiều đòi hỏi hệ thống phải có nâng cấp đáp ứng nhiều phương diện Hiện nay, nhiều nghiên cứu việc nâng cấp hệ thống điện với mục tiêu chất lượng điện giảm tổn hao hệ thống tiến hành ứng dụng vào thực tế Trong đó, truyền tải lượng chiều HVDC ngày trọng nghiên cứu cho việc cung cấp lượng với công suất truyền tải lớn, khoảng cách xa, đặc biệt phù hợp ứng dụng với hệ thống điện có xâm nhập ngày sâu lượng tái tạo Số lượng dự án HVDC (high voltage direct current) toàn cầu dần tăng lên năm gần phản ánh quan tâm mức công nghệ Các thiết kế chuyển đổi lượng tiên tiến lĩnh vực điện tử cơng suất góp phần mở rộng phạm vi tiềm truyền dẫn HVDC bao gồm ứng dụng cho cáp ngầm, truyền tải lượng điện gió ngồi khơi, góp phần tăng độ linh hoạt, độ tin cậy ổn định điện áp Với quy mô phát triển hệ thống điện Việt Nam, trình nâng cấp hệ thống điện ứng dụng công nghệ vào truyền tải điện dần nóng lên bối cảnh lượng gió mặt trời kết nối vào lưới ngày nhiều hệ thống truyền tải HVAC khó có khả đáp ứng Hơn nữa, khu vực Miền Trung – Tây Nguyên cầu nối cho Miền Bắc - Nam hệ thống truyền tải lại mang tính chất trọng điểm Điều làm cho hệ D C C R UT.L thống lưới truyền tải xuống cấp cần bảo dưỡng, thay Trên sở tìm hiểu hệ thống truyền tải điện chiều HVDC phân tích đây, học viên chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống truyền tải điện chiều HVDC nhằm nâng cao khả truyền tải điện có xét đến phát triển nguồn lượng tái tạo” cho luận văn tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống truyền tải điện chiều HVDC phương pháp điều khiển điều khiển chuyển đổi hệ thống Từ mơ hình hóa hệ thống chuyển đổi tích hợp vào lưới điện truyền tải nhằm nâng cao ổn định hệ thống - Góp phần nâng cao hiệu truyền tải điện lưới điện, từ nâng cao hiệu kinh tế, đầu tư trình truyền tải điện ứng dụng nghiên cứu cho hệ thống điện Việt Nam - Đưa thiết kế tham khảo ứng dụng HVDC cho việc xây dựng phát triển hệ thống điện Việt Nam, lưới điện truyền tải sau Đối ƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Các loại hình lượng tái tạo - Hệ thống truyền tải điện chiều HVDC - Bộ chuyển đổi hệ thống HVDC Bộ chuyển đổi nguồn áp VSC - Lưới điện truyền tải khu vực Kontum – Gia Lai - Số liệu công suất truyền tải lưới - Các phần mềm mô chuyên ngành 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan lượng tái tạo, hệ thống truyền tải điện chiều HVDC, phương pháp điều khiển chuyển đổi D C C R UT.L hệ thống HVDC - Khảo sát trạng lưới điện truyền tải khu vực Kontum – Gia Lai, trào lưu công suất lưới phương pháp giảm tổn thất lưới điện - Ứng dụng phần mềm chuyên ngành mô hệ thống truyền tải HVDC lưới điện lựa chọn Phân tích, đánh giá kết thu Phƣơng pháp nghiên cứu Đánh giá tổng quan nguồn lượng tái tạo, hệ thống truyền tải lượng chiều HVDC phương pháp điều khiển chuyển đổi hệ thống, tập trung vào chuyển đổi nguồn áp VSC Nghiên cứu đánh giá thực trạng lưới điện truyền tải khu vực Kontum – Gia Lai Tình hình vận hành tổn thất lưới Từ đó, tìm hiểu phương pháp nâng cao khả vận hành lưới điện ứng dụng hệ thống HVDC Trên sở phân tích lý thuyết, sử dụng phần mềm để mơ q trình vận hành lưới điện tích hợp hệ thống HVDC Phân tích, nhận xét kết thu trình vận hành, tổn thất lưới điện Ý nghĩa hực tiễn khoa học đề tài Từ thực tiễn cụ thể đặc điểm, đặc trưng hệ thống điện Việt Nam nay, thời kỳ phát triển kinh tế với bùng nổ lượng tái tạo, đề tài góp phần: - Ứng dụng nghiên cứu trước nhằm đưa phương án phát triển hệ thống truyền tải điện Việt Nam - Nâng cao khả vận hành đảm bảo độ ổn định lưới điện, từ giảm thiểu tổn thất điện năng, kinh tế trình vận hành - óp phần vào việc triển khai công nghệ D C C R UT.L thúc đẩy phát triển tích hợp nguồn lượng tái tạo hệ thống điện C u trúc luận ăn Luận văn trình bày thành chương đưa Kết luận: Chương 1: Tổng quan lượng tái tạo hệ thống truyền tải điện chiều HVDC Chương 2: Phương pháp điều khiển chuyển đổi VSC hệ thống HVDC Chương 3: Hiện trạng lưới điện khu vực Kontum – Gia Lai, lựa chọn khu vực ứng dụng hệ thống HVDC Giới thiệu phân phần mềm mô ETAP Chương 4: Ứng dụng phần mềm xây dựng mơ hình lưới điện truyền tải tích hợp hệ thống HVDC C C R UT.L CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU HVDC 1.1 Thực trạng phát triển nguồn lượng tái tạo 1.1.1 Tổng quan lượng tái tạo 1.1.2 Tình hình phát triển lượng tái tạo năm gần a) Trên giới b) Tại Việt Nam 1.2 Tổng quan lưới điện thông minh ứng dụng hệ thống truyền tải điện chiều HVDC Hiện nay, với xu phát triển nhanh chóng lưới điện thơng minh lưới điện siêu nhỏ với xâm nhập cao nguồn lượng tái tạo, hệ thống HVDC ngày nghiên cứu sâu D nhằm cung cấp dịch vụ truyền tải cho mơ hình lưới điện 1.2.1 Lưới điện thông minh - Smart grid 1.2.2 Microgrid 1.3 Sơ lược hệ thống truyền tải điện chiều HVDC 1.3.1 Định nghĩa hệ thống HVDC Hệ thống điện chiều điện áp cao (HVDC) sử dụng điện chiều để truyền tải lượng lớn điện khoảng cách dài Đối với truyền dẫn đường dài, đường dây HVDC tổn thất so với đường truyền xoay chiều (AC) Nó cho phép kết nối lưới điện có tần số đặc điểm khác 1.3.2 Tình hình phát triển HVDC Hệ thống truyền tải HVDC vận hành thương mại giới Thụy Điển – Gotland (chủ yếu cáp ngầm vượt biển, công suất 20MW, cấp điện áp 100kV chiều dài 100km) - sử dụng công nghệ van hồ quang thủy ngân (được đưa vào vận hành năm 1954) đánh dấu bước tiến lớn ngành Hiện nay, có khoảng 160 cơng trình đường dây siêu cao áp chiều HVDC vận hành xây dựng giới, đáng kể gồm: Trung Quốc 43 cơng trình, Ấn độ cơng trình, Canada cơng trình, Mỹ cơng trình, Úc cơng trình, Bazil cơng trình, châu Âu 72 cơng trình Tại khu vực Đơng Nam Á, nước có đường dây HVDC gồm: Philippines, Thái Lan, Malaysia, Indonesia 1.3.3 Triển vọng phát triển HVDC Nhằm đáp ứng với tốc độ tăng trưởng năm tới, ngành điện Việt Nam với định hướng phát triển đồng nguồn lưới điện tiến hành đầu tư xây dựng hàng loạt cơng trình nguồn điện than ba miền đất nước giai đoạn đến năm 2020 với tổng công suất dự kiến đến 29.000MW Riêng Miền Nam khoảng 18.800MW Theo TSĐ VI đề án “Quy hoạch đấu nối trung tâm D C C R UT.L nhiệt điện than Toàn Quốc vào hệ thống điện Quốc gia” để truyền tải lượng công suất trung tâm phụ tải dự kiến xây dựng hàng loạt đường dây (DZ) 500kV Chỉ tính riêng cụm TTNĐ than Vĩnh Tân (4400MW) xem xét xây dựng mạch DZ 500kV đấu nối đến trung tâm phụ tải, kết hợp với trung tâm nhiệt điện (TTNĐ) than Miền Trung (2400MW/mỗi trung tâm) Cam Ranh, Bình Định, thủy điện (TĐ) tích (1200MW) cần phải xây dựng thêm đường dây mạch kép để truyền tải Như khả xây dựng mạch đường dây 500kV vào Miền Nam, mạch khu vực Miền Bắc (đường dây 500kV Bình Định kết nối đến trạm biến áp 500kV Dốc Sỏi) không tránh khỏi Điều cho thấy HVDC có hội phát triển lớn Việt Nam 1.3.4 Vai trò HVDC phát triển lượng tái tạo Việc ứng dụng hệ thống HVDC nâng cao dung lượng công suất phát hạn chế tổn hao trình truyền tải điện sinh từ nguồn lượng Các hệ thống HVDC với hai chuyển đổi lượng cịn góp phần điều khiển kiểm sốt lưu lượng cơng suất phát nguồn lượng tái tạo tốt so với hệ thống HVAC hữu Một ưu thấy với HVDC truyền tải không tần số, nhờ mà tỉ suất cố hệ thống HVDC thấp độ tin cậy cao hệ thống HVAC 1.3.5 Nguyên lý hoạt động HVDC Nguyên lý hoạt động HVDC tương tự biến tần mức điện áp công suất lớn nhiều, đồng thời khoảng cách hai chuyển đổi AC/DC DC/AC nằm cách xa 1.3.6 Ứng dụng hệ thống HVDC - Cáp ngầm nước có chiều dài 30km - Truyền tải lượng công suất lớn khoảng cách xa D C C R UT.L đường dây không - Truyền tải công suất lớn từ trạm lớn từ xa đến trung tâm phụ tải cách vài trăm km - Liên kết hệ thống lớn Việc ứng dụng HVDC hệ thống lưới điện thông minh hay lưới điện siêu nhỏ góp phần nâng cao độ tin cậy vận hành nâng cao chất lượng truyền tải 1.4 Cấu tạo hệ thống HVDC phần tử - Hệ thống làm mát - Bộ lọc xoay chiều - Bộ lọc chiều - Cuộn kháng san phẳng - Nguồn công suất phản kháng - Đường dây truyền tải hệ thống HVDC - Hệ thống nối đất - Hệ thống điều khiển bảo vệ - Hệ thống bảo vệ 1.5 Các chuyển đổi hệ thống HVDC 1.5.1 LCC Hầu hết hệ thống HVDC hoạt động dựa chuyển đổi nguồn dòng Bộ chuyển đổi nguồn dòng sử dụng thiết bị chuyển mạch không điều khiển (chẳng hạn điốt) bật (khơng tắt) hành động điều khiển, chẳng hạn thyristor 1.5.2 VSC VSD cấu tạo từ IGBT (Insulater Gate Bipolar Transistecổng lưỡng cực cách điện), tạo thành chuyển đổi pha AC sang DC Mỗi I BT có diode song song ngược dịng điện chạy qua lại AC DC Do VSC hoạt động chỉnh lưu D C C R UT.L nghịch lưu mà không cần thay đổi cấu trúc 1.5.3 So sánh LCC-HVDC VSC-HVDC: Hình 1.15 So sánh LLC VSC 1.6 Kết luận Trong chương này, tổng quan lượng tái tạo, hệ thống điện thông minh tương lai hệ thống truyền tải điện chiều HVDC đề cập đến Khơng có vai trị quan trọng với hệ thống truyền tải điện thông thường, HVDC phần phát triển lưới điện thông minh Smartgrid hay Microgrid nhận nhiều quan tâm, nghiên cứu CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ CHUYỂN ĐỔI VSC TRONG HỆ THỐNG HVDC 2.1 Ứng dụng chuyển đổi VSC hệ thống HVDC C C R UT.L D Hình 2.1 Cấu trúc VSC-HVDC 10 2.3.2 Chế độ dòng điện điều khiển chế độ điện áp 2.3.3 Mơ hình động điều khiển cơng suất 2.3.4 Vịng lặp khóa pha 2.3.5 Bộ điều khiển cơng suất tác dụng/phản kháng chế độ điều khiển dòng điện 2.3.6 Điều khiển dòng điện VSC 2.3.7 Điện áp DC-Bus 2.4 Kết luận Để hệ thống HVDC vận hành ổn định theo yêu cầu phụ tải, chuyển đổi LCC VSC cần phải có phương pháp điều khiển Trong chương này, phương pháp điều khiển VSC làm rõ nhằm đáp ứng yêu cầu công suất hệ thống phương pháp chuyển hệ toạ độ để điều khiển điện áp dịng điện tín hiệu tham chiếu Từ làm sở ứng dụng cho q trình xây dựng mơ hình lưới điện tích hợp hệ thống HVDC để phân tích đánh giá khả vận hành yếu tố tổn hao lượng hệ thống Q trình mơ tiến hành phần mềm ETAP sau lựa chọn lưới điện khu vực ứng dụng hệ thống HVDC chương CHƢƠNG HIỆN TRẠNG LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC KONTUM – GIA LAI, LỰA CHỌN KHU VỰC ỨNG DỤNG HỆ THỐNG HVDC GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ETAP 3.1 Hiện trạng lưới điện khu vực Kontum – Gia Lai 3.1.1 Hiện trạng lưới điện Hiện lưới điện khu vực Kontum – Gia Lai có trạm biến áp 500kV huyết mạch khu vực Tây Nguyên bao gồm 500kV Pleiku 500kV Pleiku D C C R UT.L 11 C C R UT.L Hình 3.1 Sơ đồ lưới điện truyền tải khu vực Kontum - Gialai 3.1.2 Quy hoạch dự án lượng tái tạo khu vực lưới điện Theo “Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh ia Lai gia đoạn 2011-2015 có xét đến năm 2020” “Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh ia Lai gia đoạn 2016-2025 có xét đến năm 2035” Bộ Cơng thương phê duyệt trình thực hiện, Lưới điện khu vực Kontum – Gia Lai bổ sung thêm nguồn lượng tái tạo bao gồm điện gió điện mặt trời, tổng cơng suất nguồn phát tính đến giai đoạn phát triển lưới điện năm 2025 đạt đến gần 190 MW Trong đó: - Bổ sung nhà máy điện mặt trời Krơng Pa, công suất 49 MWp vận hành năm 2017-2018; - Bổ sung nhà máy điện mặt trời Krông Pa 2, công suất 49 MWp vận hành năm 2019; D 12 - Bổ sung nhà máy điện mặt trời Chư Ngọc, công suất 40 MWp, chia làm giai đoạn, với giai đoạn vận hành năm 2019 có cơng suất 15 MWp giai đoạn vận hành năm 2020-2021 có cơng suất 25 MWp; - Bổ sung Dự án Trang trại phong điện HBRE Chư Prông, quy mô công suất 50 MW Ngoài ra, Theo báo cáo Sở Công thương đầu năm 2020, điện mặt trời, UBND tỉnh cho phép nhà đầu tư khảo sát, nghiên cứu đầu tư 41 dự án với tổng cơng suất 5578.5 MWp, có dự án phê duyệt bổ sung quy hoạch với tổng cơng suất 158 MWp Có 12 dự án UBND tỉnh trình cấp có thẩm quyền xem xét, phê duyệt bổ sung quy hoạch với tổng công suất 805 MWp; 26 dự án khảo sát, nghiên cứu lập hồ sơ bổ sung quy hoạch với tổng công suất dự kiến 4615.5 MWp Về điện gió, UBND tỉnh cho phép nhà đầu tư triển khai khảo sát, đo gió 89 dự án với tổng cơng suất khoảng 13532.4 MWp Hiện có Dự án Trang trại phong điện HBRE Chư Prông (công suất 50 MW) triển khai thủ tục để đầu tư xây dựng; 56 dự án (tổng công suất 8178 MW) UBND tỉnh trình cấp có thẩm quyền xem xét bổ sung quy hoạch 32 dự án (tổng công suất 5304.4 MW) khảo sát, nghiên cứu lập hồ sơ bổ sung quy hoạch Bên cạnh đó, địa bàn tỉnh cịn có nhà máy điện sinh khối từ bã mía Nhà máy Điện sinh khối Ayun Pa có công suất 34.6 MW Nhà máy Điện sinh khối An Khê có cơng suất 110 MW vào vận hành 3.2 Lựa chọn khu vực ứng dụng hệ thống HVDC Trong phạm vi luận văn này, hệ thống giả định để truyền tải lưu lượng công suất phát từ nguồn lượng tái tạo trình bày đến khu vực kết nối với lưới điện Kontum – Gia Lai Hệ thống truyền tải khảo sát hai trường hợp sử dụng D C C R UT.L 13 HVAC HVDC để đánh giá trình vận hành cho thấy lợi ích HVDC Chiều dài đường dây truyền tải hệ thống giả định 70 km trường hợp với điều kiện vận hành lưới điện để phù hợp cho việc ứng dụng HVDC cho thấy khác biệt HVAC HVDC Từ có tạo phương án tham khảo để mở rộng lưới điện truyền tải, đảm bảo nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 3.3 Giới phần mềm mô ETAP 3.3.1 Các khả tính tốn phần mềm ETAP 3.3.2 Các phần tử a) Nguồn (hệ thống) b) Máy phát c) Bus-Thanh d) Đường dây e) Máy biến áp cuộn dây f) Tải 3.3.3 Mô HVDC ETAP - Trang info: C C R UT.L D Hình 3.20 Trang info HDVC 14 + ID: Tên thiết bị + From bus: nút kết nối từ + To bus: đến nút + Service In/Out: Thiết bị hoạt động/bị ngắt khỏi lưới - Trang rating C C R UT.L D Hình 3.21 Trang Rating HDVC + Rectifier(input): Nhập thông số điện áp (kV), tần số (Hz) mạng điện + Rectifier Transfomer: Máy biến áp chỉnh lưu + Prim & Sec kV: Nhập giá trị điện áp sơ cấp thứ cấp máy biến áp chỉnh lưu Điện áp thứ cấp với điện áp nhập từ Rectifier(input) + MVA: Nhập giá trị công suất biểu kiến máy biến áp(MBA) + Xc: Điện trở kháng MBA + Tap: Nhập giá trị % HDVC 15 + Inverter(Output): Nhập thông số giống Rectifiter + Inverter Transfomer: Máy biến áp nghịch lưu + Prim & Sec kV: Nhập giá trị điện áp sơ cấp thứ cấp máy biến áp chỉnh lưu Điện áp thứ cấp với điện áp nhập từ Rectifier(input) + MVA: Nhập giá trị công suất biểu kiến máy biến áp (MBA) + Xc: Điện trở kháng MBA + Tap: Nhập giá trị % HDVC + DC link: #of Bridges: Nhập số lượng cầu HDVC Configuation: Chọn kiểu cấu hình cho HDVC Các kiểu có sẵn là: Lưỡng cực, đơn cực…… Resistance: Điện trở HDVC + Rating: Imax: Nhập giá trị dòng DC cực đại theo phần trăm Vdc: Được tính theo công thức C C R UT.L D √ Pdc: Nhập giá trị giống với giá trị công suất biểu kiến Idc: Lấy Pdc/Vdc 3.4 Kết luận Trong chương này, trạng lưới điện khu vực Kontum – Gia Lai quy hoạch nguồn lượng tái tạo chuẩn bị kết nối vào lưới điện trình bày khái quát Từ làm sở cho việc mô hệ thống truyền tải chiều HVDC Hệ thống giải định truyền tải công suất từ cụm nguồn lượng tái tạo đến lưới điện khu vực Kontum – Gia Lai với đường dây dài 70 km, cụ thể thể rõ qua chương tiếp Khả truyền tải, vận hành hệ thống HVDC mô so sánh với hệ 16 thống HVAC thông qua ETAP trình bày cụ thể chương đề tài CHƢƠNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM XÂY DỰNG MƠ HÌNH LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI TÍCH HỢP HỆ THỐNG HVDC 4.1 Xây dựng mơ hình hệ thống 4.1.1 Xây dựng mơ hình phần ETAP Các thơng số nhập vào phần tử thẻ thông số liên quan trình bày chương 3, để mơ hình hồn thiện hình 4.2 C C R UT.L D Hình 4.2 Sơ đồ lưới điện mơ ETAP Trong mơ hình lưới điện xây dựng, đoạn đường dây giả định để truyền tải công suất từ nguồn lượng tái tạo đến lưới điện lựa chọn ứng dụng công nghệ truyền tải HVDC trình bày chương Hệ thống truyền tải HVAC HVDC mô điều kiện lưới điện để đảm bảo tính qn 4.1.2 Các trường hợp mơ a) Trào lưu cơng suất b) Tính tốn ngắn mạch 4.2 Kết mô 17 4.2.1 Mô trào lưu công suất chế độ cực đại Trong chế độ vận hành cực đại lưới điện, tham số vận hành giả định bao gồm: - Nguồn điện phát công suất cực đại Pnguồn_max - Phụ tải công suất cực đại Ptải_max a) Sử dụng đường dây truyền tải xoay chiều HVAC Với thực trạng lưới điện hữu, kết trào lưu công suất thể qua hình 4.5 C C R UT.L D Hình 4.5 Kết trào lưu công suất sử dụng HVAC chế độ cực đại Trong kịch mô này, kết cho thấy hệ thống điện hoạt vận hành bình thường với mức truyền tải dung lượng cao Các đáp ứng điện áp lưới đảm bảo tiêu chuẩn vận hành Kết cho thấy, tổng tổn thất q trình vận hành 6690.8+j16871.7 kVA tồn lưới b) Sử dụng hệ thống HVDC Với trường hợp này, đường dây HVAC giả định thay HVDC Máy cắt đường HVAC mở để đảm bảo có hệ thống HVDC tham gia vào nhiệm vụ truyền tải Sự thay đổi kết trào lưu cơng suất thể qua hình 4.6 18 Hình 4.6 Trào lưu cơng suất trường hợp sử dụng HVDC chế độ cực đại Trong trường hợp sử dụng HVDC, tổng tổn thất trình vận hành 3503.3+j16648.5 kVA 4.2.2 Mơ trào lưu công suất chế độ cực tiểu Trong chế độ vận hành cực tiểu lưới điện, tham số vận hành giả định bao gồm: - Nguồn điện phát công suất cực tiểu Pnguồn_min = 20% P nguồn_max - Phụ tải công suất cực tiểu Ptải_min = 20% P tải_max a) Sử dụng đường dây truyền tải xoay chiều HVAC Kết trào lưu công suất chế độ cực tiểu thể qua hình 4.7 C C R UT.L D Hình 4.7 Kết trào lưu công suất sử dụng HVAC chế độ cực tiểu 19 Kết cho thấy, tổng tổn thất q trình vận hành 262.7+j659.3 kVA tồn lưới b) Sử dụng hệ thống HVDC Tương tự chế độ cực đại, thay đổi kết trào lưu công suất sử dụng hệ thống truyền tải HVDC thể qua hình 4.8 C C R UT.L Hình 4.8 Trào lưu cơng suất trường hợp sử dụng HVDC chế độ cực tiểu Trong trường hợp sử dụng HVDC, tổng tổn thất trình vận hành 124.8+j667.2 kVA 4.2.2 Tính tốn ngắn mạch Trong trường hợp tính tốn ngắn mạch, trường hợp xét đến lúc hệ thống vận hành chế độ cực đại Lúc này, nguồn phát phụ tải vận hành cơng suất lớn cho thấy dòng ngắn mạch cức đại hệ thống Kết ngắn mạch pha RES trường hợp sử dụng đường dây truyền tải AC hệ thống truyền tải HVDC với giá trị dòng ngắn mạch 19.767 kA 1.048 kA, thể hình 4.9 4.10 D 20 Hình 4.9 Kết dịng ngắn mạch khơng sử dụng HVDC C C R UT.L D Hình 4.10 Kết dòng ngắn mạch sử dụng HVDC 4.3 Phân tích, đánh giá kết 4.3.1 Trào lưu công suất Trong chế độ vận hành cực đại, sử dụng đường dây AC, tổng tổn thất công suất lưới điện 6690.8+j16871.7 kVA Nếu sử dụng hệ thống HVDC, tổng tổn thất lưới giảm xuống mức 3503.3+j16648.5 kVA tương ứng giảm 46.7% công suất tác dụng 1.32% công suất phản kháng Đối với chế độ vận hành cực tiểu, tổn thất công suất lưới sử dụng HVAC HVDC 262.7+j659.3 kVA 124.8+j667.2 21 kVA, giảm 52.49% tổn thất công suất tác dụng sử dụng HVDC thay đổi tổn thất phản kháng không đáng kể Điều cho thấy phần lợi ích hệ thống HVDC Cụ thể hơn, tổn thất công suất điện áp rơi đoạn đường dây thể cụ thể bảng 4.14 bảng 4.15 Bảng 4.14 So sánh tổn thất công suất điện áp rơi chế độ cực đại Tên Đường dây/ Biến áp 220_Pleiku-Pleiku2 HVAC Tổn thất P (kW) HVDC Tổn thất Tổn thất Tổn thất Q (kvar) điện áp (%) P (kW) Tổn thất Q (kvar) Tổn thất điện áp (%) 114.2 0.002 0.12 158.1 0.0027 0.12 500_Pleiku-Pleiku2 2.25 0.0001 0.01 1.96 0.0001 0.01 AT 61.55 2769.7 0.97 59 2654.9 0.62 1.1 52.92 2381.6 0.74 AT2 57.99 2609.3 AT 61.55 2769.7 AT 117.8 2976.5 117.8 2976.5 61.55 2769.7 AT AT Đường dây giả định DUT C C R L 0.97 59 2654.9 0.62 0.19 124.7 3151.1 0.19 0.19 124.7 3151.1 0.19 0.97 59 2654.9 0.62 3508.1 0.0479 1.93 257.8 0.62 Pleiku-Kon Tum 47.88 0.0007 0.11 48.21 0.0007 0.11 Pleiku-Kon Tum 47.88 0.0007 0.11 48.21 0.0007 0.11 Pleiku-SeSan3 104.8 0.0018 0.17 105.5 0.0018 0.17 Pleiku-SeSan3 111.4 0.0019 0.18 112.2 0.0019 0.18 Pleiku2-KrongBuk 515.8 0.0089 0.63 519.5 0.009 0.63 Pleiku2_Sesan4 440.4 0.006 0.58 443.4 0.006 0.58 Pleiku_Ankhe 541 0.0056 0.89 544.8 0.0057 0.9 Pleku2_Sesan4_2 440.4 0.006 0.58 443.4 0.006 0.58 Sesan3-SeSan3A 1.54 0.00001 0.01 1.55 0.00001 0.01 Sesan4-Sesan4A 5.65 0.00005 0.03 5.69 0.00005 0.03 Xekaman1-Pleiku2 165.7 0.0023 0.32 166.8 0.0023 0.32 0.32 166.8 0.0023 0.32 3503.3 16648.5 Xekaman1-Pleiku2 165.7 0.0023 Tổng tổn thất 6690.8 16871.7 22 Bảng 4.15 So sánh tổn thất công suất điện áp rơi chế độ cực tiểu Tên Đường dây/ Biến áp 220_Pleiku-Pleiku2 500_Pleiku-Pleiku2 AT AT2 AT AT AT AT Đường dây giả định Pleiku-Kon Tum Pleiku-Kon Tum Pleiku-SeSan3 Pleiku-SeSan3 Pleiku2-KrongBuk Pleiku2_Sesan4 Pleiku_Ankhe Pleku2_Sesan4_2 Sesan3-SeSan3A Sesan4-Sesan4A Xekaman1-Pleiku2 Xekaman1-Pleiku2 Tổng tổn thất Tổn thất P (kW) 1.83 0.0754 2.24 2.31 2.24 5 2.24 148.8 1.95 1.95 3.89 4.17 20.86 15.38 18.12 15.38 0.0796 0.233 5.5 5.5 262.7 HVAC Tổn thất Tổn thất Tổn thất Q (kvar) điện áp (%) P (kW) 0.0012 0.02 1.73 0.0003 0.00016 0.13 100.9 0.02 2.3 104.1 0.04 2.27 100.9 0.02 2.3 126.3 0.02 5.04 126.3 0.02 5.04 100.9 0.02 2.3 0.002 0.4 10.5 0.0001 0.02 1.95 0.0001 0.02 1.95 0.0001 0.04 3.9 0.0001 0.04 4.18 0.0004 0.13 20.89 0.0002 0.12 15.4 0.0002 0.18 18.14 0.0002 0.12 15.4 0.00005 0.0002 0.0797 0.0001 0.01 0.233 0.0001 0.06 5.5 0.0001 0.06 5.5 659.3 124.8 HVDC Tổn thất Tổn thất Q (kvar) điện áp (%) 0.0001 0.02 0.0003 103.4 0.05 102.3 0.03 103.4 0.05 127.3 0.02 127.3 0.02 103.4 0.05 0.24 0.0001 0.02 0.0001 0.02 0.0001 0.04 0.0001 0.04 0.0004 0.13 0.0002 0.12 0.0002 0.18 0.0002 0.12 0.00005 0.0002 0.0001 0.01 0.0001 0.06 0.0001 0.06 667.2 D C C R UT.L 4.3.2 Tính tốn ngắn mạch Trong q trình mơ ngắn mạch, thấy với kết hình 4.9 4.10, dịng ngắn mạch đổ RES thấp nhiều sử dụng hệ thống HVDC Cụ thể hơn, dạng sóng dịng ngắn mạch rõ hình 4.11 Hình 4.11 Dạng sóng dịng điện ngắn mạch RES 23 Với trường hợp sử dụng đường dây AC, dòng ngắn mạch đổ RES có giá trị trung bình đạt 20 kA giá trị đỉnh sóng 30 kA Nguyên nhân tồn cơng suất từ nguồn lưới điện truyền trực tiếp Điều đỏi hỏi đường dây cần phải bảo vệ thiết bị có dịng cắt cao Trường hợp cịn lại, với HVDC, dòng điện ngắn mạch đạt 1.05 kA biên độ cực đại sóng dịng ngắn mạch khoảng kA Trong đầu cực chuyển đổi nghịch lưu hay chỉnh lưu HVDC, có nhiều thiết bị bảo vệ xả dòng ngắn mạch (Chopper) tích hợp nhằm bảo vệ linh kiện bên van bán dẫn, phận dễ hư hỏng dòng điện cao điện áp ngược Khi ngắn mạch xảy ra, phận gần động tức, hạn chế dòng ngắn mạch qua DC link chuyển đổi Do đó, độ tin cậy khả vận hành lưới nâng cao sử dụng HVDC giá đầu tư đắt đỏ so với hệ thống AC truyền thống C C R UT.L D 4.4 Kết luận Các kết cho thấy, sử dụng thiết bị HDVC làm giảm tổn hao cơng suất q trình truyền tải điện làm giảm thất thoát điện có lợi cho Ứng dụng thực tế vào tình hình nước ta nay, truyền tải siêu cao áp chiều +/- 500kV có khả ứng dụng cao mà hệ thống điện dần già hóa cần phải nâng cấp, tình hình lượng tái tạo ngày gia tăng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với quy mô phát triển hệ thống điện Việt Nam, trình 24 nâng cấp hệ thống điện ứng dụng công nghệ vào truyền tải điện dần nóng lên bối cảnh lượng gió mặt trời kết nối vào lưới ngày nhiều hệ thống truyền tải HVAC khó có khả đáp ứng Hơn nữa, khu vực Miền Trung – Tây Nguyên cầu nối cho Miền Bắc - Nam hệ thống truyền tải lại mang tính chất trọng điểm phải mang lượng điện truyền tải lớn Điều làm cho hệ thống lưới truyền tải xuống cấp cần bảo dưỡng, thay Đề tài ứng dụng phần mềm ETAP cho thấy lợi ích hệ thống HVDC mang lại so với HVAC Các kết thu dùng làm sở tham khảo cho trình quy hoạch nâng cấp lưới điện sau Tuy nhiên, luận văn tồn vài hạn chế Quá trình ổn định động hệ thống chưa phân tích sâu hạn chế phần mềm Ngoài ra, luận văn tập trung vào yếu tố kỹ thuật, tiêu chí kinh tế xây dựng vận hành HVDC so với HVAC chưa tính đến Kiến nghị Nhược điểm phần mềm ETAP mô hệ thống HVDC chưa thể mơ q trình ổn định động (Transient Stability) hệ thống thấy đáp ứng xác ứng dụng HVDC vào truyền tải Và mặt hạn chế đề tài Trong tương lai, hướng phát triển để tài tích hợp nguồn lượng tái tạo với mơ q trình ổn định động với nhiều trường hợp cố để đưa kết xác, mở điều kiện thuận để ứng dụng hệ thống HVDC vào đời sống D C C R UT.L ... hiểu hệ thống truyền tải điện chiều HVDC phân tích đây, học viên chọn đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng hệ thống truyền tải điện chiều HVDC nhằm nâng cao khả truyền tải điện có xét đến phát triển nguồn. .. lưới điện truyền tải nhằm nâng cao ổn định hệ thống - Góp phần nâng cao hiệu truyền tải điện lưới điện, từ nâng cao hiệu kinh tế, đầu tư trình truyền tải điện ứng dụng nghiên cứu cho hệ thống điện. .. hội phát triển lớn Việt Nam 1.3.4 Vai trò HVDC phát triển lượng tái tạo Việc ứng dụng hệ thống HVDC nâng cao dung lượng công suất phát hạn chế tổn hao trình truyền tải điện sinh từ nguồn lượng Các