Trong cấu hình trạm như hình 3.6 phía đầu ra một chiều gồm 2 cực (bipole), dòng về qua đất. Ở chế độ bình thường, dòng 2 cực bằng nhau, dòng qua đất là tổng hợp của 2 dòng bằng nhau, ngược chiều nên bị triệt tiêu. Trong một số trường hợp (ví dụ sự cố 1 mạch), trạm chỉ có một cực phía DC (monopole), dòng về có thể qua đất hoặc sử dụng đường riêng ( có thể dùng vỏ cáp bọc kim loại).
3.3.3. Bộ lọc xoay chiều
3.3.3.1 Tiêu chí thiết kế Bộ lọc công suất phản kháng cho AC yêu cầu
Ở phía xoay chiều của bộ biến đổi sóng hài được sinh ra, các sóng hài bậc 11, 13, 23, 25,...ngoài tác hại như gây nhiễu tín hiệu thông tin còn gây tổn thất, méo dạng điện áp, làm phát nóng thiết bị,...Do đó các bộ lọc được lắp thêm nhằm mục đích hạn chế sóng hài tới mức độ mà lưới điện có thể chấp nhận. Bộ lọc có thể sử dụng các phần tử thụ động L - C, trong tương lai các bộ lọc xoay chiều tích cực sẽ được áp dụng. Trong quá trình làm việc, bộ biến đổi tiêu thụ một lượng khá lớn công suất phản kháng, lượng công suất phản kháng này được bù một phần bởi các nhóm bộ lọc và phần còn lại bởi nhóm tụ điện.
50
Việc tiêu thụ công suất phản kháng của một bộ chuyển đổi HVDC phụ thuộc vào công suất hoạt động, điện kháng biến áp và các góc điều khiển. Một yêu cầu chung cho một trạm biến đổi là bù toàn bộ hoặc bù tại tải định mức. Những yếu tố này sẽ xác định kích thước và số lượng các bộ lọc và tụ bù.
3.3.3.2. Các yêu cầu thực hiện đối với sóng hài
Trạm biến đổi HVDC tạo ra các dòng hài đặc trưng và không đặc trưng. Đối với một bộ chuyển đổi mười hai xung, những sóng hài đặc trưng n = (12 * k) ± 1 (k = 1,2,3 ...). Đây là những thành phần sóng hài được tạo ra ngay cả trong điều kiện lý tưởng, nghĩa là làm mịn của dòng điện một chiều, điện áp AC đối xứng, trở kháng biến áp và góc kích..
Một mạch tương đương để xác định hiệu suất hài được đưa ra trong hình 3.7. Các tiêu chí phổ biến nhất được sử dụng có liên quan đến sóng hài điện áp trên thanh cái trạm biến đổi. Mục đích của mạch lọc là để cung cấp trở kháng đủ thấp cho các thành phần có liên quan để giảm sóng hài điện áp đến mức có thể chấp nhận được.
Hình 3.7: Mạch tương đương để tính sóng hài điện áp và dòng điện trong hệ thống AC
Một tiêu chí thường được sử dụng cho tất cả các thành phần sóng hài lên đến thứ tự thứ 49 như sau:
Dn là các hài điện áp riêng lẻ biến dạng của thứ tự n Dn phần trăm của các thanh cái điện áp AC cơ bản (giới hạn điển hình 1%)
Tổng hình học của méo Drms điện áp riêng kẻ Dn (giới hạn điển hình 2%) Các sản phẩm CNTT là một tiêu chuẩn để hiện sóng hài vào đường dây trên không AC. Các tiêu chí dựa trên sự giao thoa điện thoại là trong nhiều trường hợp
51
không thích hợp, bởi vì hệ thống điện thoại kỹ thuật số hiện đại là không nhạy cảm với sự can thiệp này [8].
3.3.3.3. Yêu cầu để xếp hạng tính toán trạng thái ổn định
Điện áp và dòng điện của bộ lọc AC bao gồm các tần số cơ bản và các thành phần hài. Độ lớn của chúng phụ thuộc vào hệ thống điện áp AC, dòng điều hòa, điều kiện hoạt động và trở kháng hệ thống AC. Các tính toán được thực hiện trong phạm vi toàn bộ hoạt động để xác định những ứng suất dòng điện và điện áp ổn định cao nhất cho mỗi thành phần bộ lọc riêng biệt.
Bài toán tạm thời
Mục tiêu của việc tính toán tạm thời là để xác định những quá độ cao nhất cho mỗi thành phần của sự sắp xếp bộ lọc thiết kế. Kết quả của việc tính toán nên có các điện áp, dòng điện cho mỗi thành phần, nhiệm vụ năng lượng cho điện trở bộ lọc và bộ hãm, và mức độ cách nhiệt cho mỗi thành phần bộ lọc. Để tính toán ứng suất cao nhất của cả hai và chuyển đổi loại tăng, cấu hình mạch khác nhau và các trường hợp lỗi cần được nghiên cứu:
• Chạm đất 1 pha
Các lỗi được áp dụng trên đường dẫn bộ chuyển đổi AC bên cạnh các bộ lọc AC. Người ta cho rằng các tụ lọc được tính vào mức điện áp tương ứng cho chuyển đổi mức độ bảo vệ xung của đường dẫn AC.
• Chuyển mạch sóng
Đối với việc tính toán chuyển đổi gia tăng ứng suất, một sóng tiêu chuẩn 250/2500 ms với một giá trị đỉnh bằng với chuyển đổi mức độ bảo vệ xung của đường dẫn AC được áp dụng tại đường dẫn trạm chuyển đổi AC.
• Lọc khi cấp điện
Các bộ lọc AC được giả định là cấp năng lượng tại thời điểm cho tối đa điện áp AC nguồn giờ cao điểm. Trường hợp này quyết định cho các dòng xâm nhập của các bộ lọc AC.
52
Thông số lỗi pha khác nhau nên được điều tra để xác định ứng suất năng lượng tối đa cho bộ hãm lọc AC và điện trở. Các trường hợp xấu nhất đạt được nếu chuyển đổi HVDC bị chặn sau khi bắt đầu có lỗi, trong khi các bộ lọc AC duy trì kết nối với đường dẫn AC sau khi thanh toán bù trừ lỗi và phục hồi của hệ thống điện áp AC. Trong trường hợp này, một quá áp tạm thời với nội dung cao của sóng hài không đặc trưng sẽ xảy ra tại đường dẫn trạm AC do ảnh hưởng của từ chối tải, độ bão hòa và biến áp cộng hưởng giữa bộ lọc và mạng lưới AC ở tần số thấp [8].
3.3.4. Bộ lọc một chiều
Ở phía một chiều bộ biến đổi sinh ra các sóng hài bậc 12, 24,... các sóng hài như vậy có thể tạo ra nhiễu trong các hệ thống viễn thông. Do đó các bộ lọc một chiều được thiết kế đặc biệt được sử dụng nhằm mục đích giảm mức độ gây nhiễu. Thông thường các bộ lọc một chiều không cần thiết nên sử dụng cáp để truyền tải. Nhưng trong trường hợp đường dây trên không thì việc lắp đặt một bộ lọc 1 chiều là cần thiết. Thông thường các bộ lọc phía 1 chiều có giá thành thấp hơn bộ lọc phía xoay chiều
3.3.4.1. Tiêu chuẩn thiết kế cho mạch lọc DC
Các nhiễu điện áp gây ra trên đường dây điện thoại được đặc trưng bởi phương trình sau:
√∑ (3.3)
(3.4)
Trong đó:
- : Sự giao thoa điện áp trên đường dây điện thoại tại điểm x (trong mV / km) - : Hệ số phụ thuộc tần số của các khớp nối giữa các đường dây điện thoại và HVDC
- : Hệ số gia trọng
- : Dòng hài của số thứ tự μ trong HVDC tại điểm x là vector tổng của các dòng gây ra bởi 2 trạm HVDC
53
- Z: trở kháng tương hỗ giữa điện thoại và đường dây HVDC
Kết hợp tất cả các sóng hài dòng điện để có dòng nhiễu duy nhất. Liên quan đến nhiễu qua điện thoại, nó tương ứng với tổng của tất cả các hài dòng điện. Nó cũng bao gồm các yếu tố xác định từ giữa các dòng HVDC và đường dây điện thoại:
• Chế độ hoạt động của hệ thống HVDC (lưỡng cực hay đơn cực với kim loại hoặc trở lại đất)
• Kháng đất cụ thể tại điểm x cường độ dòng giao thoa phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện hoạt động của HVDC. Trong hoạt động đơn cực, nhiễu điện thoại mạnh hơn trong hoạt động lưỡng cực đáng kể.
3.3.4.2. Hoạt động của bộ lọc sóng hài
Bộ lọc hoạt động có thể là một bổ sung cho bộ lọc thụ động do hiệu suất vượt trội của mình. Chúng có thể được cài đặt trên phía DC hoặc ở phía bên AC của bộ chuyển đổi. Kết nối với hệ thống điện cao áp được thực hiện bằng phương tiện của một bộ lọc thụ động, tạo thành một cái gọi là bộ lọc lai. Sự sắp xếp này làm hạn chế mức điện áp trên một phần hoạt động, do đó, xếp hạng trang thiết bị tương đối thấp có thể được sử dụng. Thiết kế phù hợp cho phép khai thác các đặc tính tích cực của cả hai bộ lọc thụ động và chủ động. Ngoài ra, phần thụ động có thể được sử dụng như một bộ lọc thụ động thông thường nếu phần hoạt động được bỏ qua cho mục đích bảo trì.
Quan sát hình 3.8 ta thấy các thành phần chính: 1. Bộ chuyển đổi IGBT
2. Tính cảm ứng của cuộn kháng thích nghi
3. Thyristor chuyển đổi cho chuyển đổi điện áp và bảo vệ quá dòng 4. Trạm biến áp
5. Bộ lọc thông thấp
6. Núm ngắt điện chân không 7. Zn0 chống sét
54
9. Nhánh LC để làm sai lệch các thành phần 50 Hz