- Một số hệ thống HVDC điển hình trên thế giới. - Ƣu - nhƣợc điểm và ứng dụng của hệ thống HVDC. - Ƣu điểm của hệ thống HVDC. - Nhƣợc điểm của hệ thống HVDC. - Một số ứng dụng phổ biến của hệ thống truyền tải HVDC. - 20 CHƢƠNG 2: CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG HVDC. - Nguyên lý chung của hệ thống HVDC. - Cấu tạo của hệ thống HVDC. - Đƣờng dây truyền tải của hệ thống HVDC. - Hệ thống nối đất. - Hệ thống điều khiển và bảo vệ. - Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực. - Hệ thống truyền tải HVDC liên kết lƣỡng cực. - Hệ thống truyền tải HVDC đồng cực tính. - Chỉnh lƣu trong hệ thống HVDC. - Mạch điều khiển bộ chỉnh lƣu. - Nghịch lƣu trong hệ thống HVDC. - Điều khiển hệ thống HVDC. - Các đặc tính điều khiển. - Giới thiệu sơ đồ mô phỏng hệ thống HVDC. - Mô tả hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC. - Vốn đầu tƣ xây dựng hệ thống. - 18 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền tải điện HVDC. - 21 Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống HVDC. - 22 Hình 2.4: Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực. - 27 Hình 2.5: Hệ thống truyền tải HVDC liên kết lƣỡng cực. - 28 Hình 2.6: Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đồng cực. - 53 Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống truyền tải HVDC 12 - xung 1000 MW. - 60 Hình 3.15: Đặc tính điều khiển điện áp UDCOL . - lệnh điều khiển. - Lí do chọn đề tài Ngày nay, truyền tải điện cao áp một chiều (Hight voltage Direct Current - HVDC) là một thành phần không thể thiếu trong hệ thống truyền tải của nhiều quốc gia trên thế giới. - Với ƣu điểm của HVDC giảm tổn thất công suất trên đƣờng dây truyền tải so với truyền tải điện xoay chiều cùng cấp điện áp, điều này dẫn đến chi phí tổn thất điện năng của hệ thống HVDC sẽ thấp hơn truyền tải điện xoay chiều. - Mặt khác hệ thống dùng cấu trúc chuyển đổi mạch điều khiển chỉnh lƣu-nghịch lƣu 6 xung sử dụng Thyristor, kết hợp mạch lọc, để loại trừ các sóng hài bậc 5 và bậc 7. - Đều này có ý nghĩa lớn đến việc cải thiện chất lƣợng hệ thống HVDC. - Hệ thống HVDC cho phép điều khiển ở mức cao hơn nếu nhƣ có sự hỗ trợ của hệ thống điện xoay chiều xung quanh, thì khả năng kiểm soát và điều khiển dòng điện chạy trên đƣờng dây HVDC đƣợc nhanh chóng, chính xác bằng cách đặt các tín hiệu lên bộ biến đổi. - Ở đây hệ thống dùng cấu trúc chuyển đổi mạch điều khiển chỉnh lƣu - nghịch lƣu 6 xung sử dụng các thyristor. - Các thiết bị điện tử công suất đƣợc ứng dụng rất nhiều trong hệ thống điện, đặc biệt trong lĩnh vực truyền tải HVDC nhƣ các thyristor và điều khiển chế độ làm việc của hệ thống. - Các thông số điều khiển của bộ chỉnh lƣu và nghịch lƣu, ảnh hƣởng đến sự vận hành liên tục, tin cậy, cũng nhƣ chất lƣợng điện áp của hệ thống. - Do đó, tác giả đã chọn đề tài: “Đánh giá các thông số của chỉnh lƣu và nghịch lƣu trên hệ thống HVDC trong chế độ hoạt động bình thƣờng”. - Mục đích nghiên cứu Trên cơ sở lý thuyết và phần mềm mô phỏng, nghiên cứu đánh giá sự làm việc của các thông số của chỉnh lƣu và nghịch lƣu trên hệ thống HVDC trong chế độ hoạt động bình thƣờng. - Đối tượng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là các thông số của chỉnh lƣu và nghịch lƣu trên hệ thống HVDC trong chế độ hoạt động bình thƣờng. - Từ đó, xem xét các giải pháp ứng dụng hệ thống HVDC trong hệ thống điện Việt Nam. - Cấu tạo của hệ thống HVDC, các bộ chỉnh lƣu và nghịch lƣu. - Phƣơng pháp nghiên cứu Trong luận văn này, tác giả trình bày cơ sở lý thuyết của quá trình biến đổi năng lƣợng trong truyền tải điện cao áp một chiều, mô hình liên kết năng lƣợng giữa các hệ thống điện một chiều và hệ thống điện xoay chiều, các đặc điểm thông số của các bộ chỉnh lƣu và nghịch lƣu. - Chƣơng 2: Cấu tạo của hệ thống HVDC. - Lịch sử phát triển công nghệ HVDC Thomas Alva Edison đã phát minh ra điện một chiều, hệ thống truyền tải điện đầu tiên là hệ thống dòng điện một chiều. - Ngày nay, truyền tải dòng điện một chiều điện áp cao là phần không thể thiếu trong hệ thống điện của nhiều quốc gia trên thế giới. - Truyền tải điện siêu cao áp một chiều luôn đƣợc cân nhắc khi phải tải lƣợng công suất rất lớn đi khoảng cách xa, liên kết giữa các hệ thống điện không đồng bộ hoặc xây dựng các đƣờng cáp điện vƣợt biển. - Một số hệ thống HVDC điển hình trên thế giới 1.2.1. - Hệ thống này hiện thuộc quyền sở hữu của Furnas Centrais Elétricas S.A. - Lý do chính lựa chọn HVDC: Khoảng cách lớn, 2 hệ thống điện khác tần số (máy phát tại Itaipu có tần số 50 Hz, nơi nhận Sao Paulo có tần số 60 Hz). - Ngoài cung cấp công suất cho hệ thống điện chính của Philipines, đƣờng dây HVDC còn tăng cƣờng ổn định hệ thống điện xoay chiều. - Hệ thống HVDC vận hành . - Ƣu - nhƣợc điểm và ứng dụng của hệ thống HVDC 1.3.1. - Ưu điểm của hệ thống HVDC Dƣới đây là một số lợi ích chính của phƣơng pháp truyền tải điện HVDC so với truyền tải điện xoay chiều truyền thống. - Điều khiển dòng năng lƣợng rất nhanh, do đó nâng cao độ ổn định, không chỉ đối với các liên kết HVDC mà còn đối với hệ thống xoay chiều bao quanh. - Hƣớng của dòng năng lƣợng có thể thay đổi trong thời gian ngắn - Việc nối liên kết các hệ thống điện bằng đƣờng dây tải điện một chiều sẽ làm hạn chế công suất ngắn mạch trong hệ thống điện liên kết. - Hệ thống HVDC có thể truyền tải công suất lớn hơn đối với cùng một cỡ dây so với hệ thống xoay chiều. - Cho phép truyền tải điện năng giữa hai hệ thống xoay chiều có tần số khác nhau (liên kết qua lại giữa hai hệ thống xoay chiều khác tần số. - Nhược điểm của hệ thống HVDC - Giá thành của bộ biến đổi còn cao. - Trong công nghiệp hệ thống HVDC tỏ ra cạnh tranh hơn HVAC nếu nhƣ khoảng cách truyền tải là 400700km (với đƣờng dây trên không) và trong khoảng 50 km (nếu là cáp ngầm dƣới đất hay dƣới biển). - Một số ứng dụng phổ biến của hệ thống truyền tải HVDC Truyền tải HVDC đã đƣợc áp dụng trong các trƣờng hợp sau: 1. - Sự nối kết các hệ thống cùng tần số qua đƣờng dây có chiều dài bằng không kết nối “lƣng kề lƣng”, các trạm chỉnh lƣu và nghịch lƣu đƣợc nối kề nhau. - Điều này cho phép nối kết hai hệ thống xoay chiều mà không làm tăng dòng ngắn mạch trong hệ thống. - Liên kết giữa các hệ thống lớn: nhằm trao đổi liên tục công suất với các hệ thống lân cận bất chấp có biến đổi về điện áp và tần số. - Các hệ thống HVDC có khả năng điều khiển nhanh chóng công suất truyền tải vì vậy chúng có ảnh hƣởng lớn đến ổn định khi liên kết với hệ thống xoay chiều. - Do đó, hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC khá phổ biến trên thế giới và có độ tin cậy cao, đã đƣợc nghiên cứu và vận hành trên 50 năm. - Đây là một dự án tiềm năng đối với hệ thống truyền tải điện của Việt Nam trong tƣơng lai gần. - 21 CHƢƠNG 2: CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG HVDC 2.1. - Nguyên lý chung của hệ thống HVDC Đƣờng dây một chiều hoặc cápBộ biến đổiBộ biến đổiACAC Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống truyền tải điện HVDC Quá trình truyền tải điện năng giữa trạm cấp năng lƣợng điện (Trạm chỉnh lƣu - Rectifier) tới trạm nhận năng lƣợng điện (Trạm nghịch lƣu - Inverter) là quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm biến đổi. - Cấu tạo của hệ thống HVDC Hình 2.2 vẽ một hệ thống truyền tải HVDC điển hình, hệ thống này bao gồm các thiết bị chính sau [9. - Hệ thống nối đất và đƣờng trở lại - Hệ thống bảo vệ và điều khiển (Protection & Control system) Hình 2.2: Cấu trúc hệ thống HVDC 2.2.1. - Nghịch lƣu trong hệ thống HVDC 2.5.1. - Thông thƣờng với hệ thống có tần số 50 Hz thì min = 180. - Điều khiển hệ thống HVDC Hệ thống HVDC có tính điều khiển cao, sử dụng thích hợp hệ thống điều khiển nhằm đảm bảo vận hành mong muốn của hệ thống điện. - Cơ sở để lựa chọn điều khiển Các xem xét sau đây ảnh hƣởng đến sự lựa chọn các đặc tính điều khiển [4]: 1.Tránh dao động lớn về dòng điện một chiều do thay đổi điện áp trong hệ thống xoay chiều. - Sự biến thiên nhƣ vậy thƣờng không đƣợc chấp nhận trong vận hành hệ thống điện. - Do đó, điều khiển nhanh bộ biến đổi để tránh dao động lớn về dòng điện là yêu cầu chủ yếu đối với vận hành hệ thống, không có đƣợc sự điều khiển này, hệ thống HVDC sẽ không thực tế. - 43 c) Giảm thiểu tổn thất và dòng điện định mức của các thiết bị trong hệ thống xoay chiều có nối với bộ biến đổi. - Các đặc tính điều khiển Đặc tính lý tưởng: Để đảm bảo các yêu cầu cơ bản nói trên, nhiệm vụ của điều khiển điện áp và dòng điện đƣợc phân biệt và phân cấp cho hai đầu của hệ thống HVDC. - Kết hợp đặc tính chỉnh lưu và nghịch lưu Trong hầu hết các hệ thống HVDC, một bộ biến đổi đƣợc yêu cầu hoạt động đƣợc ở hai chế độ chỉnh lƣu cũng nhƣ nghịch lƣu. - Trong chƣơng 3 của luận văn, tác giả nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab để đánh giá các thông số làm việc của các bộ chỉnh lƣu và bộ nghịch lƣu trong hệ thống truyền tải cao áp một chiều. - 49 Hình 3.1: Giao diện biểu tƣợng của MATLAB (Version 7.0) Việc khởi động MATLAB trên mỗi hệ thống khác nhau. - SimPowerSystems a) Tổng quan về SimPowerSystems SimPowerSystems là sản phẩm mô hình vật lý làm việc cùng với Simulink để mô phỏng điện, cơ và các hệ thống điều khiển [11]. - Giới thiệu sơ đồ mô phỏng hệ thống HVDC Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống truyền tải HVDC 12 - xung 1000 MW (500kV-2kA) 50/60 Hz Mô hình liên kết hệ thống truyền tải điện một chiều cao áp (HVDC) dùng bộ chuyển đổi thyristor 12-xung. - Hệ thống con ở đây là 2 bộ chuyển đổi chỉnh lƣu và nghịch lƣu (khối Rectifier và khối Inverter). - Mô tả về hệ thống điều khiển và hệ thống bảo vệ của HVDC. - Hệ thống chỉnh lƣu và nghịch lƣu dùng 1 khối nhƣ nhau Discrete HVDC Controller từ thƣ viện Discrete Control Blocks của thƣ viện SimPowerSystems Extras. - Hình 3.10: Khối điều khiển và khối bảo vệ bộ chỉnh lƣu 57 Hình 3.11: Khối điều khiển và khối bảo vệ bộ nghịch lƣu Hệ thống Master Control phát dòng điện tham chiếu cho 2 bộ chuyển đổi và khởi tạo khởi động và dừng truyền tải công suất DC. - Hệ thống bảo vệ có thể đóng hoặc mở. - Hệ thống con Low AC Voltage Detection ở bộ chỉnh lƣu và bộ nghịch lƣu làm việc để phân biệt giữa sự cố AC và DC. - Ở bộ biến đổi, hệ thống con điều khiển ngăn ngừa giảm nhẹ lỗi chuyển mạch vì độ lệch điện áp AC. - Hệ thống điều khiển và bảo vệ bộ chỉnh lƣu và bộ chuyển đổi dùng khối cập nhật mới Discrete HVDC Controller trong thƣ viện Discrete Control Blocks của thƣ viện SimPowerSystems Extras. - Một vài hệ thống bảo vệ có thời gian mẫu là 1 hoặc 2 ms. - Chúng hoạt động ở tần số 660 Hz và 780 Hz trong hệ thống 60 Hz. - Thông thƣờng hệ thống làm việc ở điểm 1 nhƣ hình 3.14. - Tuy nhiên trong thời gian ngẫu nhiên điện áp rơi trên hệ thống AC cung cấp bộ chỉnh lƣu, điểm làm việc dịch chuyển đến điểm 2. - Tƣơng tự nhƣ vậy sự sụt giảm điện áp trên hệ thống AC cung cấp bộ biến đổi bắt buộc chế độ điều khiển chuyển sang điều chỉnh Gamma để giới hạn góc min. - Các chuyển mạch phòng chống sự cố điều khiển hệ thống phụ (xem khối Inverter protections hình 3.11) phát tín hiệu giảm giới hạn cực đại góc trễ trong thời gian điện áp giảm (trong thời gian sự cố AC). - Hình 3.15: Đặc tính điều khiển điện áp UDCOL
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt