Điện tử công suấ t1 Dạng
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 vă Phâp (Cross Channel Link).
Phần tử cơ bản trong hệ thống truyền tải điện lă câc bộ chỉnh lưu 12 xung với linh kiện chủ yếu được sử dụng lă SCR.
Câc ưu điểm của hệ thống truyền tải điện dc bao gồm:
- cảm khâng đường dđy bằng zero đối với dòng điện dc. Ngược lại, đối với đường dđy ac, cảm khâng có giâ trị đâng kể
- điện dung giữa câc dđy dẫn có trở khâng vô cùng lớn đối với dòng điện dc. Ngược lại, trong hệ thống điện ac, điện dung tạo thănh đường dẫn điện gđy ra tổn hao điện trong dđy dẫn, đồng thời gđy ra một số khó khăn trong kỹ thuật truyền tải, điều năy không xảy ra đối với truyền tải điện dc.
- Truyền tải điện dc chỉ yíu cầu 2 đường dđy dẫn so với 3 trong trường hợp truyền tải điện ac. Hệ quả, cột điện, trụ đỡ của đường dđy dc sẽ nhỏ hơn cũng như yíu cầu kỹ thuật đòi hỏi cũng dễ dăng hơn.
- Truyền tải điện dc cho phĩp điều chỉnh công suất truyền tải thông qua việc điều chỉnh góc kích của câc bộ chỉnh lưu ở hai đầu truyền tải. Hệ thống truyền tải điện ac, công suất truyền tải điện không thể điều chỉnh được (ở đđy không xĩt đến việc lắp đặt câc thiết bị điều khiển hệ thống truyền tải ac -FACTS controller -Flexible AC Transmission System) vă phụ thuộc văo tham số đường dđy vă của mây phât.
- Do có khả năng điều chỉnh công suất truyền tải nín hệ thống truyền tải điện dc cho phĩp linh hoạt điều chỉnh khắc phục câc sự cố xảy ra trín đường dđy, do đó tăng tính ổn định của hệ thống lín.
- Hai hệ thống điện liín kết bởi hệ truyền tải dc không cần thực hiện hòa đồng bộ cũng như chúng có thể có tần số hoạt động khâc biệt. Ví dụ, hệ thống lưới điện tần số 50Hz có thể đấu văo hệ thống lưới điện 60Hz bởi đường truyền tải điện dc.
Nhược điểm của hệ thống truyền tải điện dc lă đòi hỏi sử dụng câc thiết bị đắt tiền như bộ biến đổi ac-dc, mạch lọc, câc thiết bị điều khiển lắp đặt tại mỗi đầu của đường truyền tải, nơi mă hệ thống thực hiện liín kết với hệ thống điện ac.
Sơ đồ hệ thống truyền tải điện dc sử dụng câc bộ biến đổi chỉnh lưu 6 xung lắp tại hai đầu đường truyền tải được vẽ minh họa trín hình H2.64.
Hai hệ thống điện ac có mây phât điện riíng vă mục đích của đường dđy truyền tải lă tạo điều kiện để câc hệ thống điện ở hai đầu thực hiện trao đổi công suất với nhau.
Trong sơ đồ, mỗi bộ chỉnh lưu có thể lăm việc ở chế độ chỉnh lưu, thực hiện đưa công suất từ phía xoay chiều sang phía một chiều. Bộ chỉnh lưu thứ hai, ngược lại lăm việc ở chế độ nghịch lưu, thực hiện đưa công suất từ mạch một chiều sang phía xoay chiều còn lại. Bằng câch thay đổi giâ trị góc kích của câc bộ chỉnh lưu, công suất truyền tải trín đường dđy có thể được điều chỉnh. Cảm khâng hệ thống đường dđy bằng cảm khâng riíng của câc dđy dẫn cộng với cảm khâng của cuộn dđy lọc lắp nối tiếp trín đường truyền. Điện trở đường truyền bằng điện trở của cuộn dđy mạch lọc. Khi phđn tích, có thể xem dòng điện đi qua dđy dẫn không đổi.
Gọi Ud1 vă Ud2 lă điện âp tại phía dc của hai bộ chỉnh lưu 1 vă 2. Giả thiết bộ chỉnh lưu 1 lăm việc trong chế độ chỉnh lưu vă bộ chỉnh lưu 2 trong chế độ nghịch lưu.
Điện tử công suất 1
Dòng điện của đường dđy dc:
RU U U Id d1+ d2 = (2.121) với: 1 1 1 6 3 α π U.cos Ud = vă 2 3 6 2 α2 π U .cos Ud = (2.122)
Công suất do bộ chỉnh lưu 1 cấp cho mạch dc:
P1=Ud1.Id (2.123)
Công suất do bộ chỉnh lưu 2 đưa sang hệ thống ac:
P2=Ud2.Id (2.124)
Hệ thống truyền tải điện dc thực tế thường sử dụng câc bộ chỉnh lưu 12 xung lắp đặt tại hai đầu truyền tải (hình H2.66). Cấu hình năy cho phĩp loại bỏ một số thănh phần sóng hăi dòng điện vă do đó, giảm nhẹ phí tổn chế tạo mạch lọc. Ngoăi ra, với việc lắp đặt 2 bộ chỉnh lưu 12 xung tại mỗi đầu, hệ thống cho phĩp vận hănh ở điều kiện điện âp mang hai cực tính. Một đường dđy mang điện thế +Ud vă đường dđy còn lại mang điện thế –Ud. Trong trường hợp sự cố, một cực của hệ thống đường truyền có thể vận hănh độc lập với đường dđy còn lại, lúc đó, dòng điện khĩp kín qua đường dđy kể trín với đường dẫn trở về qua điện trở đất.
Ví du 2.25
Cho đường dđy truyền tải điện dc, xem hình vẽ H2.64. Điện âp hệ thống điện 3 pha tại mỗi đầu truyền tải có trị hiệu dụng âp dđy 230kV. Điện trở đường dđy bằng 10Ω, cảm khâng đường dđy khâ lớn lăm dòng điện dc trở nín phẳng. Hệ thống thực hiện tải điện 100MW từ hệ thống nguồn phât đến hệ thống ac nhận điện. Tính toân thiết kế hệ truyền tải để thực hiện yíu cầu trín, xâc định khả năng chịu
Điện tử công suất 1
dòng trín của đường dđy dc vă xâc định tổn hao trín đường dđy.
Giải:
Theo đề băi, để ý rằng bộ chỉnh lưu 2 nhận công suất từ mạch dc để đưa sang phía ac (chế độ nghịch lưu):
P2=Ud2.Id=--100MW
Điện âp dc cực đại có thể đạt được:
kV kV U Ud 0 3106 3 230 6 3 0 6 3 .cos .cos , max = = = π π
Điện âp dc cần chọn phải có độ lớn nhỏ hơn 310,6kV. Giả thiết, ta chọn mức âp dc của bộ chỉnh lưu 2 bằng 200kV, việc xâc định góc kích cho bộ chỉnh lưu 2 có thể xâc định theo hệ thức: kV Ud2 =310,6.cosα2 = −200 Từ đó: 0 2 130 6 310 200 = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = , cos ar α
Dòng điện qua mạch dc –khả năng mang dòng của đường dđy dc bằng: Id2=100MW/200kV=500A
Điện âp ngỏ ra của bộ chỉnh lưu 1: Ud1=R.Id+Ud2=(500).(10)+200kV=205kV Góc kích thiết lập trín bộ chỉnh lưu 1 bằng: 0 1 487 6 310 205 , , cos ⎟⎟= ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = ar α
Công suất tổn hao trín đường dđy với giả thiết dòng dc được lọc phẳng:
MW W I R I R PLoss = . 2 ≈ . d2 =10.(500)2 =2,5.106 =2,5 Công suất do bộ chỉnh lưu 1 cung cấp
P1=Ud1.Id=(205kV).(500A)=102,5MW
Việc thiết lập câc giâ trị điện âp vă dòng điện cho hệ truyền tải dc có thể thực hiện theo câc giâ trị khâc nhau của điện âp vă dòng điện dc, sao cho thỏa mên điều kiện âp dc nhỏ hơn giâ trị cực đại vă dòng điện qua đường dđy dc nằm trong phạm vi cho phĩp của câc thiết bị truyền tải. Phương ân thiết lập tối ưu có thể thực hiện bằng câch đưa điện âp truyền tải lín cao hơn để giảm thấp dòng điện dc, qua đó giảm tổn hao trín đường dđy. Đđy lă một trong câc lý do phải sử dụng hệ thống bộ chỉnh lưu 12 xung.