Khi sụt áp phía xoay chiều của nghịch lưu là 15% và điện áp xoay chiều phía chỉnh lưu vẫn giữ như bình thường, chọn vận hành theo cách 1. Như vậy chỉnh lưu điều khiển ở CC với:
Id = Ior d = 2 kA
và nghịch lưu điều khiển ở CEA với γ = 18,1670.
Do có sụt áp ở điện áp xoay chiều, điện áp DC ở nghịch lưu cũng sụt giảm. Góc α ở chỉnh lưu tăng lên làm giảm điện áp DC phía chỉnh lưu sao cho Id vẫn giữ không đổi. Đầu phân áp phía chỉnh lưu thay đổi để giữ α trong khoảng từ 150 đến 200 và đầu phân áp phía nghịch lưu thay đổi để giữ cho Vd trong khoảng từ 500 đến 510 kV.
tính điện áp không tải lý tưởng của chỉnh lưu và nghịch lưu ở điện áp xoay chiều bình thường và đầu phân áp ở vị trí định mức (tỷ số biến áp 0,5)
Vd0r = 618,85 kV và Vd0i = 576,75 kV
Với điện áp điện áp xoay chiều bình thường như trong a) nhưng thay đổi đầu phân áp thì điện áp không tải lý tưởng phía chỉnh lưu cho bởi:
Vd0r = 618,75. tr’ kV
với tr’ là vị trí của đầu phân áp trong đvtđ (thay đổi từ 0,8 đến 1,2) Tương tự, đối với nghịch lưu với điện áp xoay chiều giảm 15%
Vd0i = 576,75. 0,85. ti’ = 490,24.t’i
Như vậy, điện áp DC phía nghịch lưu: Vdi = Vd0i cosγ – BiRciId
= 490,24ti’cos18,1670 – 4. 6. 2 = 465,72.ti’– 48 kV (td.1) Điện áp một chiều phía chỉnh lưu yêu cầu để giữ Id ở mức 2 kA
Vdr = Vdi + RLId = Vdi + 20. 2 = Vdi + 40 kV (td.2) Ngoài ra còn có thể tính theo phía chỉnh lưu:
Vdr = Vd0r cosα – BrRcrId = 618,85tr’ cosα – 48kV (td.3) Suy ra: cosα = ' , . + di r V 88 618 85 t (td.4)
Bảng số sau đây trình bày sự biến thiên của Vdi và α khi ti’ và tr’ thay đổi từ trị số ban đầu của chúng để thỏa mãn các yêu cầu của điều khiển. (Dùng các pt (td.1) đến (td.4))
tI’ tr’ Vdi(kV) αααα(độ) 1,0 1,0 417,7 35,2 1,01 0,99 422,4 33,6 …. …. …. …. 1,07 0,93 450,3 20,7 1,08 0,93 455,0 19,4 …. …. …. …. 1,10 0,93 464,3 16,3 1,11 0,93 468,9 14,6 1,12 0.94 473,6 15,1 1,13 0.95 478,3 15,6 …. …. …. …. 1,17 0.98 496,9 15,3 1,18 0.99 501,5 15,8 Ghi chú: Vdi dùng phương trình (td.1) α dùng phương trình (td.4)
Từ bảng số nhận xét đầu phân áp phía nghịch lưu tăng cho đến khi ti’ = 1,18 tương ứng ứng với Vdi = 501,55 kV.
Vị trí đầu phân áp phía chỉnh lưu tr’ thỏa mãn yêu cầu điều khiển là 0,99 tương ứng góc α = 15,80 và điện áp một chiều phía chỉnh lưu suy ra từ phương trình (td.3):
Vdr = 615,85. 0,99. cos15,80 – 48 = 541,51 kV Công suất đầu chỉnh lưu ;
Pr = Vdr Id = 541,51. 2 = 1083,02 MW Hệ số công suất thanh cái cao áp phía chỉnh lưu:
cosϕr = , , , . , dr d0r V 541 51 0 884 V =618 55 0 99= Công suất kháng: Qr = Pr tgϕr = 1083,02.tgϕr = 573,2 MW Ở đầu nghịch lưu: Pi = Vdi Id = 501,55. 2 = 1003,1 MW cosϕi = , , , . , di d0i V 501 55 0 867 V =490 24 1 18= Qi = Pi tgϕi = 1003,1. tgϕi = 576,7 MVAr
14.10 SO SÁNH VỀ KINH TẾ CỦA HAI ĐƯỜNG AC VAØ DC
Xét hai đường dây xoay chiều và một chiều có cùng số dây dẫn và sứ cách điện. Hãy so sánh công suất tải trên mỗi dây của hai trường hợp. Nếu cả hai có cùng giới hạn phát nóng, dòng điện một chiều bằng với dòng hiệu dụng xoay chiều. Giả thiết sứ cách điện cùng chịu điện áp đỉnh so với đất. Như vậy điện áp một chiều bằng 2 lần trị số hiệu dụng của điện áp xoay chiều.
Công suất DC trên mỗi dây: Pdc = Vd. Id
Công suất AC trên mỗi dây pha: Pac = VacIaccosϕ trong đó Id và Iac là dòng điện dây;
Vdc và Vac là điện áp giữa dây và đất; cosϕ: hệ số công suất.
cos cos dc dc dc ac ac ac P V I 2 P =V I ϕ= ϕ Giả sử cosϕ = 0,945 ⇒ dc , ac P 1 5 P =
Bây giờ so sánh đường dây ba pha ba dây AC với đường dây DC lưỡng cực hai dây. Khả năng tải công suất lần lượt của mỗi đường là:
P’dc = 2Pdc và P’ac = 3 Pac Suy ra: dc'' ac P 2 3 P = .1,5 = 1
Như vậy cả hai đường DC và AC có khả năng tải công suất như nhau. Tuy vậy, đường dây DC đơn giản và rẻ tiền hơn do chỉ có hai dây thay vì ba dây dẫn. Hơn nữa, đường dây trên không DC chỉ tốn 2/3 số sứ cách điện so với đường AC và kết cấu trụ đơn giản, rẻ tiền hơn, hẹp hơn. Đường đi ít choán hành lang hơn. Cả hai đường dây có cùng tổn thất công suất trên mỗi dây và phần trăm tổn thất của đường DC chỉ bằng 2/3 của đường AC.
Nếu dùng cáp ngầm thay vì dây trên không thì độ bền cách điện (tính bằng điện áp làm việc cho phép trên mỗi đơn vị bề dày của cách điện) cao hơn đối với đường DC, hơn nữa, hệ số công suất của đường DC bằng đơn vị trong khi hệ số công suất của đường AC thấp hơn trị số cosϕ giả thiết ở trên. Các thuận lợi nghiêng về phía đường DC này cho phép tăng tỷ số Pdc/Pac
cao hơn.
Vì giới hạn truyền công suất của đường dây AC trên không thường được qui định bởi các yếu tố khác hơn là giới hạn phát nóng, tỷ số công suất trên mỗi dây có thể tăng đến 4 lần.
Tuy vậy, chi phí cho các trạm biến đổi ở hai đầu của đường DC cao hơn so với chi phí trạm biến áp ở đường dây AC. Nếu vẽ đường biểu diễn chi phí theo khoảng cách truyền tải (H.14.28), độ dốc của đồ thị cho biết chi phí mỗi đơn vị chiều dài và các thiết bị. Giao điểm P gọi là điểm tới hạn cho thấy nếu khoảng cách truyền tải lớn hơn Op thì có thể dùng điện một chiều.
Hiện tại có khuynh hướng giảm chi phí của các thiết bị trạm xoay chiều, nhưng với sự phát triển trong công nghệ các bộ biến đổi khoảng cách tới hạn đang được giảm xuống theo sự phát triển của các thiết bị DC.
Hình 14.28: So sánh chi phí đường dây DC và AC
Ngày nay, khoảng cách tới hạn đối với truyền tải DC là khoảng 700 km đối với đường dây trên không. Tuy vậy, khoảng cách tới hạn thay đổi tùy theo dự án và có thể được kiểm chứng. Sự chênh lệch trong chi phí xây dựng giữa đường cáp ngầm AC và đường DC dưới biển hay dưới đất cao gấp nhiều lần so với đường dây trên không. Điều này cho thấy khoảng cách tới hạn đối với tải điện bằng cáp ngầm là nhỏ hơn nhiều và trong khoảng từ 30 đến 50 km.
14.11 CÁC DỰ KIẾN TRONG TƯƠNG LAI
Nhiều công trình nghiên cứu và phát triển đang được tiến hành nhằm có được sự hiểu biết tốt hơn về vận hành đường dây DC. Mục tiêu đặt ra là có được công nghệ hiệu quả và kinh tế trong việc chế tạo các van thyristor hay các linh kiện điện tử công suất hiện đại hơn và các thiết
bị có liên quan nhằm minh chứng cho việc sử dụng phương án cấu hình hệ thống HVDC.
Các hệ thống điện trong tương lai sẽ bao gồm truyền tải hỗn hợp hai hệ thống AC và DC. Các bộ điều khiển trong tương lai đặt trên cơ sở của vi xử lý và có thể được bổ sung hay nâng cấp mà không cần phải thay đổi kết cấu phần cứng cũng như không gây ra mất điện toàn bộ hệ thống. Trong khi một bộ điều khiển đang hoạt động thì một bộ điều khiển thứ hai đang ở tình trạng dự trữ “nóng” để có thể được dùng đến trong trường hợp khẩn cấp.
Trong tương lai gần, hệ thống sợi quang học được dùng để tạo tín hiệu kích dẫn và sự kích dẫn trực tiếp các thyristor bằng ánh sáng sẽ được dùng trong các bộ biến đổi HVDC.
Mặc dầu hiện tại sơ đồ HVDC vận hành tốt mà không cần đến các máy cắt điện một chiều, rõ ràng sự phát triển tương lai dần đến các cấu hình mới của hệ thống HVDC thì tính linh hoạt trong vận hành sẽ đạt được với việc sử dụng máy cắt DC. Việc dòng điện không đi qua trị số không tồn tại vấn đề khó khăn trong việc cắt dòng điện một chiều.
Điều đã rõ ràng là truyền tải HVDC đã cho thấy tính hiệu quả và tin cậy và là phương án hiệu quả về chi phí so với tải điện xoay chiều trong một số ứng dụng.
Hiện nay đang có nhiều nỗ lực trong nghiên cứu và phát triển công nghệ về bán dẫn, hy vọng rằng bộ biến đổi HVDC và hệ thống tải điện một chiều liên kết nhiều đầu (MTDC) sẽ đóng một vai trò lớn hơn trong thế kỷ 21.