Điện tử công suất 1 . 2.13 GHÉPSONGSONG4BỘCHỈNHLƯUMẠCHTIADÙNGMÁYBIẾNÁPTRUNGGIAN-BỘCHỈNHLƯU12XUNG Hệ thống chứa 3 máybiếnáptrung gian. Dòng điện lưới nguồn ac có dạng giống như trường hợp sử dụngmạchghép hai bộchỉnhlưu cầu ba pha (xem hình H2.56). Phương trình điện áp: Gọi u d1 ,u d2 ,u d3 và u d4 là điện ápchỉnhlưu tương ứng với 4bộchỉnhlưumạchtia BCL 1 , BCL 2 , BCL 3 và BCL 4 . Các điện áp trên được thay thế bằng các điện áp nguồn trong sơ đồ thay thế vẽ trên hình H2.57 (giả thiết tải L nối tiếp động cơ DC). Ta dễ dàng suy ra điện ápchỉnhlưu trên tải và điện áptại các điểm nút của máybiếnáptrung gian như sau: 2-64 Điện tử công suất 1 2 uu u 2d1d 5d + = ; 2 uu u 4d3d 6d + = ; 2 uu u 6d5d d + = 4 uuuu u 4d3d2d1d d +++ = Từ hệ thức trên, ta suy ra điện ápchỉnhlưutrung bình trên tải bằng trung bình của 4 điện ápchỉnhlưutia 3 pha nhánh, tức bằng: α π = cos.U 2 63 U d với U là trò hiệu dụng điện áp cuộn thứ cấp máybiếnáp kiểu đấu dây Yy 0 y 6 , và là góc điều khiển. α Do sự lệch pha của các điện áp nguồn của mỗi nhánh mạchchỉnhlưu và từ các hệ thức xác đònh điện áptại ngõ ra của máybiếnáptrung gian, các thành phần áp xoay chiều của các điện ápchỉnhlưu nhánh sẽ bù lẫn nhau để tạo ra điện áp ở ngõ ra của máybiếnáp ít nhấp nhô hơn. Phương trình dòng điện: Dòng điện qua mỗi nhánh máybiếnáptrung gian gồm thành phần dòng dc và thành phần dòng từ hóa. Bằng lý luận tương tự như trường hợp ghépsongsong hai mạchtiadùngmáybiếnáptrung gian, ta có thể dẫn giải phương trình dòng điện tại các điểm nút như sau: 2/i2/ii 1u5d1d += ; 2/i2/ii 1u5d2d −= ; 2/i2/ii 2u6d3d += 2/i2/ii 2u6d4d −= ; 2/i2/ii 3ud5d += ; 2/i2/ii 3ud6d −= với i u1 , i u2 , i u3 là dòng điện từ hóa các máybiếnáptrung gian. Quá trình các đại lượng: Các quá trình điện áp và dòng điện trong chế độ dòng qua các nhánh chỉnhlưu liên tục được vẽ minh họa trên hình H2.58, H2.59, H2.60, H2.61, H2.62. Trên hình H2.58 vẽ các quá trình điện áp đo tại các cổng vào và ra của các máybiếnáptrung gian so với điện thế ở một nút tải. Qua đó ta thấy được khả năng làm giảm độ nhấp nhô điện áptải của máybiếnáptrung gian. Trên hình H2.59 vẽ các quá trình dòng điện tương ứng với các điện áp hình H2.60. Độ nhấp nhô dòng điện giảm nhanh theo số lượng máybiếnáptrung gian sử dụng. 2-65 Điện tử công suất 1 Trên hình H2.60 và H2.61 vẽ các quá trình điện áp giữa hai đầu ngõ vào của máybiếnáptrung gian và dòng điện từ hóa đi qua nó. Ở máybiếnáptrung gian gần tải DC, dòng từ hóa nhỏ không đáng kể do thành phần điện áp xoay chiều áp đặt trên nó bò suy giảm bởi tác dụng các máybiếnáptrung gian đặt phía trước đó. Hình vẽ H2.62 mô tả quá trình dòng điện đi qua các nhánh phía sơ cấp biến thế. Cấu hình đấu dây của sơ đồ H2.56 tạo ra dòng điện đi qua nguồn lưới điện có dạng giống như trường hợp dòng điện lưới của hai mạchchỉnhlưu cầu 3 pha đấu song song. Các thành phần sóng hài bậc 5 và 7 của dòng điện lưới bò khử bỏ. Tồn tại trong lưới điện các thành phần dòng điện bậc lẻ khác bội ba, bắt đầu từ bậc 11. Bằng cách kết hợp các dạng đấu dây máybiếnáp với cấu trúc đấu songsongbộchỉnhlưu qua máybiếnáptrung gian, ta có thể phát triển hệ thống chỉnhlưu nhiều xung (24, 48 xung). Trên hình H2.63, các đồ thò điện áp và dòng điện tại một vài vò trí được khảo sát cho trường hợp dòng điện qua từng bộchỉnhlưu đơn bò gián đoạn (BCL1, BCL2). Tuy nhiên, nhờ có máybiếnáptrung gian, dòng điện tổng của các bộchỉnhlưu đi ra máybiếnáptrung gian trở nên liên tục (i d5 ). Tuy nhiên, dạng điện áp thu được trên tải (u d ) và các điện ápchỉnhlưutrung gian (u d5 ,u d6 ) bò giảm vì chế độ dòng gián đoạn vừa nêu. Mặc khác, chất lượng dòng điện đi vào lưới nguồn cũng vì vậy bò giảm sút đáng kể . 2-66 ẹieọn tửỷ coõng suaỏt 1 2-67 Điện tử công suất 1 2.14 TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU (HVDC) Truyền tải điện DC thường được sử dụng để đưa năng lượng điện đến một nơi rất xa. Một số đường truyền tải điện DC được thực hiện như The Pacific Intertie, Square Butte Project ở nước Mỹ, truyền tải điện vượt qua biển giữa Anh và Pháp (Cross Channel Link). Phần tử cơ bản trong hệ thống truyền tải điện là các bộchỉnhlưu12xung với linh kiện chủ yếu được sử dụng là SCR. Các ưu điểm của hệ thống truyền tải điện dc bao gồm: - cảm kháng đường dây bằng zero đối với dòng điện dc. Ngược lại, đối với đường dây ac, cảm kháng có giá trò đáng kể - điện dung giữa các dây dẫn có trở kháng vô cùng lớn đối với dòng điện dc. Ngược lại, trong hệ thống điện ac, điện dung tạo thành đường dẫn điện gây ra tổn hao điện trong dây dẫn, đồng thời gây ra một số khó khăn trong kỹ thuật truyền tải, điều này không xảy ra đối với truyền tải điện dc. - Truyền tải điện dc chỉ yêu cầu 2 đường dây dẫn so với 3 trong trường hợp truyền tải điện ac. Hệ quả, cột điện, trụ đỡ của đường dây dc sẽ nhỏ hơn cũng như yêu cầu kỹ thuật đòi hỏi cũng dễ dàng hơn. 2-68 Điện tử công suất 1 - Truyền tải điện dc cho phép điều chỉnh công suất truyền tải thông qua việc điều chỉnh góc kích của các bộchỉnhlưu ở hai đầu truyền tải. Hệ thống truyền tải điện ac, công suất truyền tải điện không thể điều chỉnh được (ở đây không xét đến việc lắp đặt các thiết bò điều khiển hệ thống truyền tải ac -FACTS controller -Flexible AC Transmission System) và phụ thuộc vào tham số đường dây và của máy phát. - Do có khả năng điều chỉnh công suất truyền tải nên hệ thống truyền tải điện dc cho phép linh hoạt điều chỉnh khắc phục các sự cố xảy ra trên đường dây, do đó tăng tính ổn đònh của hệ thống lên. - Hai hệ thống điện liên kết bởi hệ truyền tải dc không cần thực hiện hòa đồng bộ cũng như chúng có thể có tần số hoạt động khác biệt. Ví dụ, hệ thống lưới điện tần số 50Hz có thể đấu vào hệ thống lưới điện 60Hz bởi đường truyền tải điện dc. Nhược điểm của hệ thống truyền tải điện dc là đòi hỏi sử dụng các thiết bò đắt tiền như bộbiến đổi ac-dc, mạch lọc, các thiết bò điều khiển lắp đặt tại mỗi đầu của đường truyền tải, nơi mà hệ thống thực hiện liên kết với hệ thống điện ac. Sơ đồ hệ thống truyền tải điện dc sử dụng các bộbiến đổi chỉnhlưu 6 xung lắp tại hai đầu đường truyền tải được vẽ minh họa trên hình H2.64. Hai hệ thống điện ac có máy phát điện riêng và mục đích của đường dây truyền tải là tạo điều kiện để các hệ thống điện ở hai đầu thực hiện trao đổi công suất với nhau. Trong sơ đồ, mỗi bộchỉnhlưu có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu, thực hiện đưa công suất từ phía xoay chiều sang phía một chiều. Bộchỉnhlưu thứ hai, ngược lại làm việc ở chế độ nghòch lưu, thực hiện đưa công suất từ mạch một chiều sang phía xoay chiều còn lại. Bằng cách thay đổi giá trò góc kích của các bộchỉnh lưu, công suất truyền tải trên đường dây có thể được điều chỉnh. Cảm kháng hệ thống đường dây bằng cảm kháng riêng của các dây dẫn cộng với cảm kháng của cuộn dây lọc lắp nối tiếp trên đường truyền. Điện trở đường truyền bằng điện trở của cuộn dây mạch lọc. Khi phân tích, có thể xem dòng điện đi qua dây dẫn không đổi. Gọi U d1 và U d2 là điện áptại phía dc của hai bộchỉnhlưu 1 và 2. Giả thiết bộchỉnhlưu 1 làm việc trong chế độ chỉnhlưu và bộchỉnhlưu 2 trong chế độ nghòch lưu. 2-69 Điện tử công suất 1 Dòng điện của đường dây dc: R UU I dd d 21 + = (2.121) với: 111 63 α π cos.UU d = và 222 63 α π cos.UU d = (2.122) Công suất do bộchỉnhlưu 1 cấp cho mạch dc: P 1 =U d1 .I d (2.123) Công suất do bộchỉnhlưu 2 đưa sang hệ thống ac: P 2 =U d2 .I d (2.124) Hệ thống truyền tải điện dc thực tế thường sử dụng các bộchỉnhlưu12xung lắp đặt tại hai đầu truyền tải (hình H2.66). Cấu hình này cho phép loại bỏ một số thành phần sóng hài dòng điện và do đó, giảm nhẹ phí tổn chế tạo mạch lọc. Ngoài ra, với việc lắp đặt 2 bộchỉnhlưu12xungtại mỗi đầu, hệ thống cho phép vận hành ở điều kiện điện áp mang hai cực tính. Một đường dây mang điện thế +U d và đường dây còn lại mang điện thế –U d . Trong trường hợp sự cố, một cực của hệ thống đường truyền có thể vận hành độc lập với đường dây còn lại, lúc đó, dòng điện khép kín qua đường dây kể trên với đường dẫn trở về qua điện trở đất. 2-70 Điện tử công suất 1 Ví du 2.25 Cho đường dây truyền tải điện dc, xem hình vẽ H2.64. Điện áp hệ thống điện 3 pha tại mỗi đầu truyền tải có trò hiệu dụngáp dây 230kV. Điện trở đường dây bằng 10 Ω , cảm kháng đường dây khá lớn làm dòng điện dc trở nên phẳng. Hệ thống thực hiện tải điện 100MW từ hệ thống nguồn phát đến hệ thống ac nhận điện. Tính toán thiết kế hệ truyền tải để thực hiện yêu cầu trên, xác đònh khả năng chòu 2-71 Điện tử công suất 1 dòng trên của đường dây dc và xác đònh tổn hao trên đường dây. Giải: Theo đề bài, để ý rằng bộchỉnhlưu 2 nhận công suất từ mạch dc để đưa sang phía ac (chế độ nghòch lưu): P 2 =U d2 .I d =--100MW Điện áp dc cực đại có thể đạt được: kV kV UU d 63100 3 23063 0 63 ,cos.cos. max === ππ Điện áp dc cần chọn phải có độ lớn nhỏ hơn 310,6kV. Giả thiết, ta chọn mức áp dc của bộchỉnhlưu 2 bằng 200kV, việc xác đònh góc kích cho bộchỉnhlưu 2 có thể xác đònh theo hệ thức: kVU d 2006310 22 −== α cos., Từ đó: 0 2 130 6310 200 = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = , cosar α Dòng điện qua mạch dc –khả năng mang dòng của đường dây dc bằng: I d2 =100MW/200kV=500A Điện áp ngỏ ra của bộchỉnhlưu 1: U d1 =R.I d +U d2 =(500).(10)+200kV=205kV Góc kích thiết lập trên bộchỉnhlưu 1 bằng: 0 1 748 6310 205 , , cos = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = ar α Công suất tổn hao trên đường dây với giả thiết dòng dc được lọc phẳng: MWWIRIRP dLoss 52105250010 6222 ,.,).( ===≈= Công suất do bộchỉnhlưu 1 cung cấp P 1 =U d1 .I d =(205kV).(500A)=102,5MW Việc thiết lập các giá trò điện áp và dòng điện cho hệ truyền tải dc có thể thực hiện theo các giá trò khác nhau của điện áp và dòng điện dc, sao cho thỏa mãn điều kiện áp dc nhỏ hơn giá trò cực đại và dòng điện qua đường dây dc nằm trong phạm vi cho phép của các thiết bò truyền tải. Phương án thiết lập tối ưu có thể thực hiện bằng cách đưa điện áp truyền tải lên cao hơn để giảm thấp dòng điện dc, qua đó giảm tổn hao trên đường dây. Đây là một trong các lý do phải sử dụng hệ thống bộchỉnhlưu12 xung. 2-72 . công suất 1 . 2.13 GHÉP SONG SONG 4 BỘ CHỈNH LƯU MẠCH TIA DÙNG MÁY BIẾN ÁP TRUNG GIAN- BỘ CHỈNH LƯU 12 XUNG Hệ thống chứa 3 máy biến áp trung gian. Dòng. từng bộ chỉnh lưu đơn bò gián đoạn (BCL1, BCL2). Tuy nhiên, nhờ có máy biến áp trung gian, dòng điện tổng của các bộ chỉnh lưu đi ra máy biến áp trung