Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển mạng Neuron nhân tạo trong truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC) và áp dụng trong hệ thống điện Việt Nam

Những nghiên cứu này rất quan trọng và có ý nghĩa to lớn cho việc áp dụng HVDC vào thực tiễn, với các mục đích sau: thứ nhất xây dựng những tiêu chuẩn về kinh tế - kỹ thuật của truyền tả

TỔNG QUAN VỀ LUẬN ÁN

Đặ t vấn đề

Trong qui hoạch hệ thống truyền tải và phân phối điện bao giờ cũng đi trước một bước so với nhu cầu phát triển của nguồn và phụ tải Thông thường những nhà máy phát điện bao giờ cũng được xây dựng ở những nơi có điều kiện về cung cấp nguồn năng lượng, ví dụ: khu vực đầu nguồn của sông, vùng gần mỏ than, gần khu chế biến dầu, khí đốt…vv Trong khi đó các phụ tải chủ yếu tập trung ở những khu khoảng cách truyền tải xa như vậy cho nên người ta phải nghiên cứu các biện pháp để tải điện một cách hiệu quả và kinh tế nhất Hệ thống truyền tải cao áp một chiều (HVDC) đã được nghiên cứu và áp dụng từ nhiều năm trước đây do nó có rất nhiều ưu điểm so với truyền tải điện bằng AC mà ta có thể kể sau đây:

- Đảm bảo ổn định tĩnh mạch tốt

- Không bị giới hạn bởi khoảng cách truyền

- Có khả năng truyền công suất linh động nên nâng cao ổn định cho toàn hệ thống

- Khả năng phát triển dễ dàng và thuận tiện

Hiện nay công nghệ truyền tải điện DC đã được nghiên cứu khá rộng rãi trên thế giới và đã có nhiều công trình thực tế áp dụng truyền tải HVDC đem lại lợi ích to lớn Những nghiên cứu này rất quan trọng và có ý nghĩa to lớn cho việc áp dụng HVDC vào thực tiễn, với các mục đích sau: thứ nhất xây dựng những tiêu chuẩn về kinh tế -

kỹ thuật của truyền tải AC, thứ hai là xem xét những ảnh hưởng tốt và cả những hình

ảnh xấu của đường dây HVDC lên toàn bộ hệ thống điện chung để từ đó có biện pháp

xử lý một cách có hiệu qủa nhất và cuối cùng là nhằm cải tiến công nghệ HVDC để giảm giá thành, nâng độ tin cậy và tăng công suất truyền tải Như vậy cần thiết phải xem xét đến những khả năng ứng dụng truyền tải điện HVDC vào hệ thống điện Việt Nam dưới khía cạnh hiệu quả cao về kinh tế - kỹ thuật

Bên cạnh đó nhờ vào sự phát triển của ngành kỹ thuật hiện đại như: kỹ thuật số, máy tính, cáp quang….việc điều khiển hoạt động của HVDC đã có nhiều tiến bộ, nâng cao được khả năng điều khiển một cách linh hoạt, tin cậy trong mọi điều kiện vận hành

của hệ thống Đặc biệt việc áp dụng mạng neuron nhân tạo vào mô phỏng quá trình

điều khiển của hệ thống HVDC là một hướng mới, đem lại lợi ích to lớn nhờ những đặc tính của mạng neuron là đáp ứng trong thời gian thực, độ chính xác cao, hoạt động

tin cậy

Nhiệm vụ và mục tiêu của dự án

Giới thiệu một cách tổng quan về công nghệ truyền tải HVDC với đầy đủ những khía cạnh kinh tế - kỹ thuật của nó để từ đó chúng ta có một cái nhìn đúng đắn, khách quan và toàn diện hơn về hệ thống điện Phân tích và mô hình hóa hệ thống truyền tải HVDC theo các phương pháp truyền thống Nhấn mạnh vào các ưu điểm

điều khiển tin cậy, linh động của truyền tải HVDC

Nghiên cứu, đặt vấn đề và tìm một số giải pháp để ứng dụng mạng Neuron nhân tạo vào điều khiển góc kích bộ biến đổi của trạm với những đặc tính cụ thể Nếu có thể

sẽ phát triển lên để mô hình hóa cho toàn bộ quá trình điều khiển hệ thống truyền tải HVDC

Ứng dụng chương trình xử lý toán học Matlab để xây dụng mô hình điều khiển

bằng mạng Neuron Trong đó cụ thể gồm: tạo mẫu cho bài toán, huấn luyện mạng Neuron, thử nghiệm và biểu diễn kết quả

Phân tích và tổng kết các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để so sánh HVDC và HVAC

Phân tích các khả năng áp dụng truyền tải HVDC vào hệ thống điện Việt Nam

Đưa ra nhận định và đề xuất một vài phương án có thể dùng HVDC trong hệ thống điện Việt Nam trong giai đoạn 2011 – 2020[15]

Đề xuất phương án áp dụng trạm biến đổi HVDC dạng back-to-back làm liên

lạc hệ thống giữa Việt Nam và Trung Quốc

Phạm vi nghiên cứu của luận án

Chỉ xây dựng mạng Neuron nhân tạo điều khiển cho truyền tải HVDC ở chế độ xác lập ổn định với mô hình bộ biến đổi là mạch liên tục theo thời gian Không xem xét đến những nhiễu loạn bất thường của hệ thống AC, không xét các dao động quá độ

ảnh hưởng lên chế độ vận hành của hệ thống HVDC Các phương pháp điều khiển góc

kích trạm biến đổi được giới hạn cụ thể là chỉ dùng điều khiển dòng hằng số cho chỉnh lưu và góc tắt hằng số cho nghịch lưu

Chỉ đề xuất một cách sơ bộ các khả năng áp dụng truyền tải HVDC trong hệ thống điện Việt Nam Những phân tích và đánh giá chỉ mang tính gợi mở, định tính chứ không bao hàm tính toán chi tiết cụ thể bởi vì chúng ta không có được những thông tin chi tiết, nhất là về các chỉ tiêu về chi phí kinh tế Việc xây dựng một phương

án đầy đủ, chi tiết về mặt kinh tế - kỹ thuật chỉ có thể thực hiện được với thời gian nghiên cứu lâu dài và được sự hợp tác của rất nhiều cơ quan có liên quan

Đ iểm mới của luận án

Ở Việt Nam việc sử dụng truyền tải điện HVDC vẫn còn là bài toán khó đang

bỏ ngõ đối với ngành điện Tuy nhiên vấn đề nghiên cứu trruyền tải điện năng một cách hiệu quả không thể xét đến truyền tải HVDC sẽ đem đến một cái nhìn khoa học,

đầy đủ và toàn diện về hệ thống điện với mục đích mang lại hiệu quả cao về kinh tế -

kỹ thuật Việc dùng mạng Neuron nhân tạo trong bài toán điều khiển hệ thống điện là một vấn đề mới được quan tâm rộng rãi trên thế giới Ứng dụng mạng Neuron trong

điều khiển sẽ có ưu điểm lớn nhất là đáp ứng trong thời gian thực và độ tin cậy cao

Như vậy đề tài áp dụng mạng Neuron nhân tạo điều khiển truyền tải HVDC còn có thể phát triển lên nữa thành điều khiển mờ và dùng mạng neuron mờ điều khiển

Giá trị thực tiễn của đề tài

Giới thiệu một cái nhìn khoa học trong việc đánh giá, so sánh, lựa chọn phương

án sử dụng HVDC dựa vào các phân tích kinh tế - kỹ thuật, đặc biệt dưới quan điểm tổng thể trên toàn hệ thống Xây dựng được một phương pháp mới trong vấn đề điều khiển mềm, nâng cao được ưu điểm kỹ thuật của truyền tải HVDC Đề xuất được khả năng áp dụng truyền tải điện bằng HVDC trong hệ thống điện Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN HVDC

1.1 Quá trình phát triển của HVDC

Truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC – High Voltage Direction Current) đã

được nghiên cứu và áp dụng từ rất lâu trên thế giới Vào năm 1929, các kỹ sư của công

ty ASEA (Allmana Svenska Electriska Aktiebolaget) – Thuỵ Điển Đã nghiên cứu và phát triển van hồ quang thuỷ ngân điều khiển mạng lưới đa điện cực sử dụng trong truyền tải một chiều với công suất cao Các thử nghiệm đầu tiên được tiến hành tại Thuỵ Điển và Mỹ năm 1930 để kiểm tra hoạt động của các van hồ quang thuỷ ngân trong quá trình chuyển đổi truyền tải và thay đổi tần số

Sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, nhu cầu điện năng tăng cao đã khuyến khích nghiên cứu truyền tải một chiều, nhất là khi truyền tải công suất đi xa, xuyên đại dương hoặc bắt buộc sử dụng cáp ngầm Đến năm 1950, đường dây truyền tải một chiều thử nghiệm điện áp 200kV, chiều dài 116km được đưa vào vận hành truyền tải

từ Moscow đi Kasira (Liên xô cũ) Đường dây cao áp một chiều đầu tiên đưa vào vận hành thương mại năm 1954 tại Gotland – Thuỵ Điển, truyền tải 20MW điện áp 100kV, chiều dài 98km sử dụng cáp ngầm vượt biển nối giữa đảo Gotland vào đất liền

Từ đó đến nay nhờ sự tiến bộ không ngừng của các lĩnh vực khoa học và công nghệ có liên quan như: điện tử công suất, tự động hóa, máy tính…vv, đã làm ưu điểm

kỹ thuật của HVDC càng tăng lên và giảm giá thành thiết bị xuống Hiện nay người ta

đã chế tạo được các thyristor công suất chịu được dòng điện đến 4000A ở điện áp định

mức 8kV Việc cải tiến thiết bị và công nghệ biến đổi AC/DC này đã làm cho chi phí của truyền tải HVDC ngày càng giảm xuống và có tính cạnh tranh cao so với truyền tải của nó đã chiếm một tỉ trọng ngày càng tăng trong một hệ thống hiện đại, đặc biệt trong lĩnh vực truyền tải điện cao áp với khoảng cách xa hay truyền tải bằng đường cáp

Hiện nay, truyền tải dòng điện một chiều cao áp là một phần không thể thiếu trong hệ thống điện nhiều quốc gia trên thế giới Truyền tải điện một chiều luôn được cân nhắc khi phải tải một lượng công suất rất lớn đi khoảng cách xa, liên kết giữa các

hệ thống điện không đồng bộ hoặc xây dựng đường cáp vượt biển Với lượng công suất đủ lớn, khoảng cách đi xa, truyền tải cao áp một chiều sẽ chiếm ưu thế về chi phí

đầu tư và tổn thất so với dòng điện xoay chiều 3 pha truyền thống

Trên thế giới đã có hơn 100 công trình truyền tải điện 1 chiều được xây dựng (trong đó có hơn 33 trạm Back to Back, 52 đường dây truyền tải) Hiện có vài hạng mục đường dây siêu cao áp 1 chiều ±800kV đang xây dựng ở Trung Quốc, Bra-xin… Riêng ở Trung Quốc chiều dài lên đến 2070km, công suất truyền tải lên đến 6400MW[8] và một vài hạng mục đường dây siêu cao áp 1 chiều 500kV khác đang

đang vận hành trên thế giới trong đó 5 ở Trung Quốc, 3 ở Ấn Độ, 4 ở Mỹ và Canada

Chiều dài trung bình của 1 đường dây là 1174 km, công suất tải khoảng từ 1500 đến

3000 MW

Dưới đây là Bảng 1: Liệt kê điển hình một số các công trình đường dây HVDC

đã được xây dựng và vận hành trên khắp thế giới [7][8]

STT Tên công trình HVDC Năm vận

hành

Khả năng tải (MW)

Điện áp

mộtchiều (kV)

Quy mô B-B/ line /cable (km)

Vị trí công trình

A Mới đưa vào vận hành

1 Mundra–Haryana 2012 2500 ±500 960 Ấn Độ

2 BritNed,GreatBritain,Netherlands 2011 1000 ±450 260 Anh- Hà Lan

5 Three Gorges-Shanghai 2012 3000 500 900 Trung Quốc

6 Nelson River 01 1973/93 1854 +463/-500 890 Canada

7 Gotland HVDC Light 1999 50 60 70 Thuỵ Điển

40 Three gorges Changzhou 2003 3000 500 890 Trung Quốc

41 Gui-guang 2004 3000 500 936 Trung Quốc

42

44 Gotland ll-lll 1983/87 260 150 98 Thuỵ Điển

45 Quebec-new England 1986/90/92 2250 500 1500 Canada-Mỹ

46 Garabi 01&02 2000/02 2000 70 B-B Argentina-Brazil

*Chú thích: B-B: tram Back to Back

1.2 Các yêu cầu kỹ thuật chính của truyền tải cao áp một chiều (HVDC)

Hình 1.1 Sơ đồ mô hình tổng quát HVDC

1.2.1 Các thành phần cơ bản

Các thành phần không thể thiếu của bộ chuyển đổi công suất một chiều (HVDC) là van Nếu là van được cấu tạo từ một hoặc nhiều diode công suất mắc nối tiếp thì được gọi là van không điều khiển được, nếu cấu tạo từ chuổi Thyristor thì được gọi là van điều khiển được

Ký hiệu van theo tiêu chuẩn IEC những hình vẽ sau:

Hình 1.2 Ký hiệu các van và cầu chỉnh lưu

1.2.2 Trạm biến đổi HVDC

Là một trong những thành phần quan trọng nhất của hệ thống HVDC Thiết bị này trung tâm của trạm biến đổi một chiều là bộ biến đổi Thyristor, thường được đặt trong nhà (Valve hall) có các chức năng như sau:

- Biến đổi từ AC sang DC gọi là trạm chỉnh lưu (Rectifier Station)

- Biến đổi từ DC sang AC gọi là trạm nghịch lưu (Inverter Station)

- Khi cả hai trạm chỉnh lưu và nghịch lưu nhập chung làm một thì được gọi là trạm back-to-back Dạng trạm back-to-back này rất hay được dùng trong thực tế Cấu trúc và thành phần của trạm chỉnh lưu giống nhau, chỉ có cách thức điều khiển việc biến đổi điện là khác nhau, từ đó sẽ điều khiển luồng công suất qua lại giữa trạm

có chiều ngược nhau mà thôi Sau đây là những thành phần chính của trạm biến đổi

1.2.2.1 Các van Thyristor

Thyristor là một khóa đóng cắt bán dẫn bao gồm 4 lớp PNPN ghép nối tiếp lại Nó còn được biết đến với tên thương mại là thiết bị chỉnh lưu có điều khiển bằng vật liệu silicon và được viết tắt là SCR Cấu tạo bên ngoài của một thyrisor là một khóa gồm

ba đầu (cực): anode, cathode và gate dòng điện đi qua thyristor chỉ theo một chiều từ anode đến cathode và thời điểm bắt đầu dẫn dòng sẽ tùy thuộc vào sự điều khiển của cực gate

Hình 1.3 Cấu tạo và ký hiệu Thysistor sơ đồ tương ứng Thyristor có thể hoạt động ở một trong ba trạng thái sau:

Trạng thái đóng (Off state)

Đặc tính của thyristor được biểu diễn như trong hình vẽ 1.4 Trong suốt trạng

thái đóng cả trong hai trạng thái khóa ở áp thuận và áp nghịch, chỉ có một dòng rò có biên độ nhỏ chảy qua thiết bị (khoảng 100mA) Khi thyristor bị khóa thì nó phải chịu

đựng một điện áp xác định dù cho đang được áp thuận hay nghịch thuận Điện áp định

mức được đặc trưng theo tần số hệ thống 50Hz hay 60Hz và nhiệt độ định mức của các liên kết

- Giá trị hiệu dụng ở trạng thái mở


- Dòng xung (không lặp lại) ở trạng thái mở


- Giá trị  dt

- Dòng duy trì

- Dãy nhiệt độ hoạt động

- Nhiệt trở của các liên kết  

- Nhiệt trở tiếp xúc

Điện áp trạng thái mở là điện áp anode của một thyristor ở trạng thái đang dẫn

thuận chiều, nó chính là mức sụt áp khi dẫn và đặc trưng cho tổn thất công suất của thyristor

Các dòng định mức ở trạng thái mở được xác định theo nhiệt độ của các lớp liên kết, phải thấp hơn một giá trị cần thiết để chắc chắn rằng nó có thể chịu đựng được

điện áp phục hồi sau khi xảy ra một sự cố quá dòng tồi tệ nhất có thể có

Dòng duy trì là dòng tối thiểu để giữ thyristor vẫn ở trạng thái dẫn, nó là dòng dẫn theo chiều thuận mà nếu thấp hơn nữa thì thyristor sẽ ngưng dẫn

Các đặt tính đóng – cắt (chuyển trạng thái)

Quá trình chuyển mạch “mở ” của thyristor gồm ba pha: trì hoãn, gia tăng dòng dần lên và lan truyền Tuy nhiên đôi khi cũng xảy ra hiện tượng bị mở khi không có tác động kích hoạt từ cực gate đó là ở trạng thái quá điện áp, hiện tượng này cần tránh

để không làm hỏng thiết bị

Hình 1.5 Chuyển đặc tính sang trạng thái “mở”

Chuyển trạng thái “đóng”

Khi điện áp mạch ngoài bị đổi chiều dòng điện sẽ rơi xuống zero Một khi dòng

đạt đến giá trị zero thì nó vẫn tiếp tục đi xuống và chiều dòng sẽ đảo ngược lại, do sự

tập trung các phần tử mang điện âm tại các liên kết có thể trợ giúp dòng điện này sự khuếch tán không có sự tích lũy của lớp rỗng Giá trị đỉnh của dòng đảo chiều này đạt

đến khi sự tập trung các lỗ thừa tại liên kết anode rơi xuống zero

Hình 1.6 Đặc tính chuyển trạng thái “đóng”

Tại thời điểm này điện áp qua thiết bị ngược với sự phát triển những lớp rỗng

và dòng điện sẽ suy giảm theo đường gần với hàm mũ như kết quả của sự tái kết hợp các phần tử mang điện trong vùng nền lớp N Sự suy giảm của dòng phụ thuộc thời gian tồn tại trung bình của các phần tử mang điện trong lớp nền N Ngay sau khi dòng giảm xuống zero thì thyristor không có khả năng dẫn áp thuận nữa Thyristor phải có khả năng chịu đựng được áp thuận, nhưng khả năng chịu áp thuận của nó (dv/dt) hơi bị giới hạn và chỉ có thể đạt tới sau một vài mili giây

Tác động cực gate

Một tác động mạnh với thời gian gia tăng cực nhanh cần thiết để kích cho thyristor dẫn nhanh chóng với dòng khởi động di/dt lớn Thông thường một xung đơn ngắn là đủ dùng để khóa, tuy nhiên đôi khi người ta còn có thể dùng những xung dài (hay xung có đuôi trễ một đoạn tùy theo chu kỳ dẫn) để tánh hiện tượng khóa thiết bị

do bởi sự dẫn gián đoạn (không liên tục)

Các thyristor trong các van HVDC hiện đại được kích bằng tín hiệu quang gởi

đến từ các mạch tại điện thế đất, những tín hiệu này được tạo ra từ mạch điều khiển

của bộ biến đổi Năng lượng dùng cho mạch kích nạp bằng chính điện áp thuận đặt lên thiết bị khi nó vẫn còn chưa dẫn (ngay từ lúc áp thuận cắt zero và đi lên) tại bản thân mỗi module

Van Thyristor

Một van thyristor được tạo ra từ một số lượng thyristor mắc nối tiếp để có điện

áp định mức mong muốn và mắc song song để có dòng điện định mức mong muốn

Đối với những thế hệ thyristor hiện đại có khả năng chịu dòng điện cao là không cần

thiết Số lượng các thyristor nối tiếp trong van được xác định theo điện áp định mức, nguyên lý bảo vệ và sự quá áp quá độ

Thông thường các số lượng thyristor trong một van thường được lắp dư một ít

để đề phòng Các van thông thường được cách điện bằng khí và làm mát có thể bằng

khí, nước, dầu hay freon Trong các trạm biến đổi ngày nay người ta hay dùng làm mát bằng nước để giảm tổn thất công suất

Hình 1.7 Các kiểu sắp xếp van Tùy theo cấu trúc lựa chọn của mạch biến đổi mà nhà sản xuất có thể chế tạo những module phù hợp, ví dụ module 2 van, module 3 van hoặc 4 van (quardruple)

Đối với mạch biến đổi 12 nhịp được dùng phổ biến hiện nay người ta hay dùng 3 bộ

(cánh) module 4 van ghép lại Thông thường nhà sản xuất chế tạo các van quadruple theo các cấp 50, 125 và 250kV với một dãy dòng định mức: 800A, 1000A,….2000A, 3000A,…,4000A [3] Ngoài ra để tăng cường độ an toàn và tin cậy cho các van thyristor, hiện nay người ta đã phát triển công nghệ dùng bộ chống sét, tụ điện, cuộn kháng hạn dòng vv, ghép vào module thyristor để cải thiện các đặc tính làm việc như

là chịu quá dòng, quá áp của van [7] Bên cạnh đó sự phát triển của kỹ thuật điều khiển

vi điện tử để điều khiển sự hoạt động trực tiếp một cách tự động của các van nhằm thay thế kịp thời những hỏng hóc và bảo vệ an toàn cho chúng Thông thường lượng thyristor được lắp dư để dự phòng vào khoảng từ 3 – 7% tổng số lượng thyristor cần thiết Chính những cải tiến liên tục và có hiệu quả về công nghệ đã giúp cho các trạm HVDC làm việc rất tin cậy và an toàn

1.2.3 Máy biến áp cho mạch biến đổi

Hiện nay, trong hầu như tất cả các trạm biến đổi HVDC đều dùng bộ biến đổi cầu 12 nhịp

Mức điện áp phía bộ biến đổi của máy biến áp dùng cho trạm back-to-back dựa vào khả năng truyền tải và dòng điện định mức của thyristor Đối với đường dây dài,

điện áp của van được xác định một cách tổng quát bằng mật độ dòng điện kinh tế nhất

quan hệ theo chi phí cách điện

Có một số kiểu máy biến áp cho bộ biến đổi đáng quan tâm như sau:

- Ba pha, ba cuộn dây Dùng một máy biến áp cho mỗi phía của hệ thống

- Ba pha, hai cuộn dây Dùng hai máy biến áp cho mỗi phía của hệ thống

- Một pha, ba cuộn dây Dùng ba máy biến áp cho mỗi phía của hệ thống

- Một pha, hai cuộn dây Dùng sáu máy biến áp cho mỗi phía của hệ thống

Hình 1.8 Các dạng kết nối máy biến áp – Bộ biến đổi trong mạch cầu 12 nhịp Công suất định mức của máy biến áp cũng được chọn theo công suất định mức của

bộ biến đổi Do các thyristor có khả năng chịu dòng quá tải không cao vì vậy công suất

định mức của máy biến áp nên chọn sát với mức trần bình thường (mức công suất tải định mức bình thường) của bộ biến đổi

Công suất định mức có thể xác định một cách tối ưu cho mạch biến đổi 12 nhịp của

bộ biến đổi với hệ số sử dụng cao nhất là[1]:

ST = 1.047 Vd0 Id Trong đó:

Id - Dòng điện định mức qua biến đổi

Vd0 - Điện áp DC định mức cực đại khi chưa có góc kính trễ

Đặc tính quan trọng nhất của máy biến áp của bộ biến đổi là tổng trở ngắn

mạch Nó ảnh hưởng đến thời gian đảo mạch và giới hạn dòng ngắn mạch trên đường dây DC

Bộ đổi nấc máy biến áp được sử dụng chủ yếu để giảm nhu cầu tiêu thụ công suất phản kháng của bộ biến đổi và dãy tỉ số biến điện áp thay đổi tùy theo sơ đồ mạch biến đổi và đặc trưng của từng hệ thống Nó cần thay đổi từ 5% đến 20% Bộ đổi nấc máy biến áp được thiết kế với tiêu chuẩn cơ khí cao nhất, số lượng nấc biến áp nhiều hơn các bộ đổi nấc cho AC rất nhiều Để nâng cao khả năng của nó hiện nay người ta đã dùng bộ đổi nấc máy biến áp đặt trong chân không

Về giá cả thì các máy biến áp cho bộ biến đổi chiếm tỉ lệ nhiều nhất trong một trạm HVDC dạng back-to-back

1.2.4 Lọc họa tần AC và DC

Các trạm biến đổi HVDC hoạt động như một nguồn điện áp họa tần bậc cao (HTBC) của hệ thống Các nguồn điện áp này có cả loại đặc trưng Tần số của họa tần

đặc trưng bằng bội số của nhịp chuyển mạch cơ bản của một biến đổi tại mỗi tần số số

chu kỳ cơ bản theo công thức n = pk 1 (với k = 1, 2, 3, ) Đối với các mạch biến đổi thường dùng hiện nay số lượng nhịp chuyển mạch cơ bản là 12 Do vậy các họa tần

đặc trưng là n = 12k 1 (có nghĩa là 11, 13, 23, 25,…) Các họa tần không đặc trưng

có tất cả trong những phần khác của nguồn họa tần theo một số những hệ số riêng nào

đó Chúng được sinh ra như là kết quả của những điện dung rãi trong mạch biến đổi,

sự mất đối xứng giữa tổng trở trong các cuộn dây khác nhau của máy biến áp và sự khác biệt giữa những giá trị khác nhau của góc kích trong một bộ biến đổi

Để giảm dòng họa tần này người ta thường dùng bộ lọc dạng bị động ở cả hai

phía AC và DC của bộ biến đổi Việc dùng các bộ biến đổi cầu 12 nhịp cũng có tác dụng làm giảm đáng kể lượng họa tần bậc cao là tạo được một đường dẫn tổng trở thấp dẫn dòng họa tần ở một số tần số xác định xuống đất

Có nhiều chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để thiết kế bộ lọc họa tần, trong đó đáng chú

ý nhất là chỉ tiêu chọn dung lượng của bộ lọc đáp ứng nhu cầu tiêu thụ công suất phản kháng của trạm

Những yêu cầu của bộ lọc AC

- Làm giảm hệ số biên độ họa tần tổng tới một mức độ được định trước cho các họa tần trong khi vẫn giữ được mỗi họa tần trong khoảng giới hạn nhất định của nó

- Phù hợp với nhu cầu công suất phản kháng của bộ biến đổi, có xét cả những thành phần bù có điều khiển khác nữa trong hệ thống

- Không nhạy cảm với những dao động tần số và sự bất đối xứng của hệ thống Các yếu tố cần quan tâm trong thiết kế bộ lọc họa tần bậc cao cho trạm biến đổi:

- Dung lượng bộ lọc phải được xác định theo nhu cầu về công suất phản kháng của bộ biến đổi có sự so sánh kinh tế với máy phát, tụ bù tĩnh, máy bù đồng bộ, SVC

- Chất lượng (Q) của bộ lọc đặc trưng bởi độ chỉnh nhuyễn, chính hệ số phẩm chất sẽ phân biệt hai loại bộ lọc: lọc thông cao và lọc có điều chỉnh

Tiêu chuẩn chọn lọc hoạ tần phía DC

Mạch biến đổi dạng cầu 12 nhịp đã tạo ra 12 chu kỳ nhấp nhô của dòng DC, có nghĩa là điện áp bị đảo mạch 12 lần, các thành phần họa tần bậc 12xung sẽ cùng pha

và được sinh ra trên dây Phần lớn lượng họa tần này bị giảm nhờ cuộn kháng cản dòng Các bộ lọc DC chủ yếu được thiết kế nhằm đảm bảo lượng họa tần trên dây DC

ở một mức chấp nhận được Nếu giá trị cuộn kháng tăng lên thì lượng họa tần lọc sẽ

giảm nhỏ lại, tuy nhiên kích thước của cuộn kháng lại ảnh hưởng đến những yếu tố vận hành khác của toàn hệ thống

Các phương án lọc họa tần DC

Một là dùng bộ lọc bị động và hai là dùng bộ lọc tích cực Các bộ lọc DC thường dùng để triệt tiêu các họa tần 12, 24 và 36 Có thể dùng các bộ lọc “chỉnh một tần số” hay “chỉnh hai tần số” cho họa tần bậc 12, 24 và “ lọc thông cao cho họa tần bậc 36 trở lên” Các bộ lọc này không giữ nhiệm vụ cung cấp công suất phản kháng cho trạm biến đổi nên sẽ có kích thước nhỏ, tổn thất ít

1.2.5 Nguồn công suất phản kháng

Do quá trình hoạt động các tiến bộ biến đổi tiêu thụ công suất phản kháng Lượng công suất phản kháng này phụ thuộc vào lượng công suất tác dụng truyền tải qua (khoảng từ 50 -60%) nên tại các trạm biến đổi cần phải có nguồn cung cấp công

suất phản kháng cho chúng Thật ra các phần khác của trạm, chẳng hạn như: tụ điện của các bộ lọc AC, dung dẫn của đường dây phía AC…vv, cũng đã cung cấp một phần cho nhu cầu công suất phản kháng này tuy nhiên vẫn cần những bộ trụ bù tĩnh hoặc máy bù đồng bộ thêm vào

Xét một sơ đồ bù cho trạm HVDC như hình vẽ:

Hình 1.9 Sơ đồ mạch bù tiêu biểu cho trạm biến đổi HVDC

Do chiến lược điều khiển bù tại mỗi trạm mỗi khác nhau phụ thuộc vào độ mạnh hay yếu của hệ thống AC Hệ số SCR (tỉ số ngắn mạch) được dùng như là hệ số quyết định để đánh giá hệ thống, hệ số SCR là tỉ số giữa năng lượng lúc ngắn mạch của hệ thống và khả năng truyền tải của trạm HVDC

Để cung cấp nguồn công suất phản kháng cho trạm thì các thành phần bù có điều chỉnh (đóng–cắt) như tụ điện bù ngang, cuộn kháng, lọc họa tần được nối phía hệ

thống

Hình 1.10 Quan hệ giữa công suất truyền tải và phản kháng

Xem trên hình 1.10 đầu tiên khi trạm HVDC làm việc tại một mức công suất truyền tải trung bình thì các bộ lọc và những thành phần sinh công suất phản kháng khác của hệ thống sẽ giữ cho cân bằng công suất phản kháng nằm trong giới hạn chấp nhận được thường là 5%[6] Khi lượng công suất truyền tải gia tăng lên, nhu cầu về công suất phản kháng cũng gia tăng và tụ bù sẽ được đưa vào hoạt động Điều này tránh cho hệ thống hoạt động ở một chế độ tải khó khăn

Nếu công suất tải tiếp tục tăng lên nữa thì sẽ có thêm một tụ bù khác được đóng vào mạch Việc đóng cắt tuần tự các nguồn công suất phản kháng nhằm đảm bảo sự cân bằng công suất phản kháng trong giới hạn xác định, giữ ổn định điện áp hệ thống

1.2.6 Cuộn kháng nắn dòng

Cuộc kháng nắn dòng nối tiếp trong mạch DC để làm phẳng dòng DC và cũng

để hạn chế dòng ngắn mạch trên đường dây Các cuộn kháng này có thể dạng kháng điện tuyến tính hay phi tuyến với điện trở thấp và điện kháng phù hợp yêu cầu Không

có một tiêu chuẩn rõ ràng cho việc lựa chọn cuộn kháng đường dây Khi điện kháng của cuộn dây tăng lên thì dòng DC sẽ càng phẳng, dạng sóng và lượng họa tần DC sẽ

được cải thiện tuy nhiên nó lại làm cho đáp ứng điều khiển chậm lại cũng như tần số

cộng hưởng bị giảm làm cho sự ổn định của điều khiển dòng điện trở nên khó khăn

Thông thường với ý nghĩa làm giảm dòng ngắn mạch trên đường dây DC nhằm tránh hư hỏng van thì cuộn kháng sẽ được lựa chọn trong khoảng từ 0,5 đến 1H[6] Nhưng đối với những van thyristor hiện đại yêu cầu của điện kháng của cuộn dây thấp hơn nhiều do bản thân những van này đã có mạch hạn dòng

Những cuộn kháng thường dùng hiện nay là loại có cách điện và làm mát bằng không khí Mạch từ của cuộn kháng DC gồm một khung sắt bao quanh cuộn dây và ruột (lõi) không khí

1.2.7 Mạch đóng cắt phía DC

Thông thường những thiết bị này được cải tiến từ thiết bị đóng cắt AC Tuy vậy

nó có cấu tạo phức tạp hơn và có khả năng cắt dòng điện thấp Ngày nay người ta đã nghiên cứu và chế tạo được các máy cắt DC có khả năng cắt dòng khá lớn và mở ra bước phát triển mới cho việc thành lập các trạm trung gian trên đường dây

1.2.8 Hệ thống làm mát van

Hệ thống làm mát van được dùng để tản nhiệt sinh ra do các van thyristor của

bộ biến đổi trong suốt quá trình vận hành Các trạm HVDC hiện đại ngày nay sử dụng nước làm chất làm mát là chủ yếu Để tản nhiệt thì những “thùng tản nhiệt” được đặt vào trong khoảng giữa các liên kết trong thyristor (sự tản nhiệt này có thể phá hủy cấu trúc của chúng) Nhiệt độ tối đa của liên kết để giữ được khả năng chịu điện áp định mức của thyristor xấp xỉ 120  Ngoài ra những thành phần khác có sự sinh nhiệt trong mạch như cuộn kháng cản dòng, mạch phân áp RC (snubber) cũng được làm mát bằng nước Ngoài làm mát bằng nước người ta còn dùng khí và glycol

1.2.9 Những kỹ thuật mới và xu hướng phát triển các thiết bị trong trạm HVDC hiện đại

Với kỹ thuật hiện đại các van thyristor và van transistor đôi cực gate cách ly (IGBT) được dùng thay cho van thủy ngân, cuộn kháng không khí cho kháng dầu Sự

đảo mạch truyền thống đã được cải tiến nhờ vào các điện dung mắc nối tiếp, hay kết

hợp với công nghệ PWM Các van được cấu thành van tự đứng, đặt ngoài trời không cần phải có nhà để van như cũ Các bộ lọc là loại thông hai cấp, thỏa mãn những yêu cầu nghiêm ngặt về kỹ thuật: công suất phản kháng, hệ số chất lượng Q Các vi mạch chân không đã thay thế cho các relay, biến đổi vị trí nhờ vào transistor của các mạch tích hợp Các chức năng điều khiển dùng kỹ thuật số Giao tiếp với người vận hành thông qua các tủ điều khiển tại trạm, cải tiến sự linh động và sẵn sàng về thông tin Những phát triển này không những cải tiến và nâng cao các đặc tính kỹ thuật mà nó còn góp phần làm giảm chi phí đầu tư và vận hành của trạm HVDC xuống

1.2.9.1 Các cải tiến trong công nghệ chế tạo

Hiện nay so hai loại thyristor đang được sử dụng :

- Thyristor được kích bằng điện (Electrically Triggered Thyristor - ETT)

- Thyristor được kích bằng quang (Light Triggered Thyristor – LTT) Trên con đường phát triển các thiết bị mới, nhiều nghiên cứu đã phát triển các van LTT, với mục đích làm đơn giản hóa cho các bộ điều khiển thyristor (Thyristor Control Unit - TCU) Các van LTT đã được sử dụng khá rộng rãi từ năm 1988, tuy

nhiên trên thực tế những lợi ích và sự đơn giản của bộ TCU không cho thấy sự nổi bật nào hơn hẳn để đủ thay thế cho việc sử dụng các van ETT truyền thống

1.2.9.2 Biến đổi đảo mạch điện dung ( Capacitor Commutate Converter - CCC)

Một kỹ thuật mới áp dụng cho các bộ biến đổi công suất lớn trong môi trường

có những yêu cầu nghiêm ngặt về kỹ thuật do kết nối với hệ thống AC yếu hay đường dây cáp dài Nguyên lý hoạt động được miêu tả trên hình 1.10 Theo nguyên lý này thì những lợi ích của mạch đã được biết từ lâu, tuy nhiên việc sử dụng hết toàn bộ khả năng của nó chỉ mới thực hiện được gần đây sau khi khắc phục được những khó khăn

về kỹ thuật

Lợi ích của bộ biến đổi đảo mạch dung có thể được nhận thấy như sau :

Trong chế độ xác định ổn định: lợi ích quan trọng nhất là công suất phản kháng tiêu thụ rất thấp và hầu như cân bằng, vì vậy có thể bỏ qua không cần dùng các tụ bù với dung lượng lớn với nhiều bước (nấc) điều chỉnh cho hệ thống AC

Trong các chế độ: lợi ích của nó lại còn lớn hơn nữa Nghĩa là nếu chỉ dùng tụ

bù bé thì sẽ bị quá điện áp mức độ thấp (do tải bơm vào), mặt khác còn có đặc tính tự

điều chỉnh của trụ điện sau khi biến đổi đã đảo mạch, cũng như duy trì dòng điện, giữ

sự gia tăng điện áp nhờ điện áp xả (phản, điện áp ngược) của tụ, giúp cho quá trình đảo mạch tiến hành thuận lợi dù cho nó có nối với hệ thống AC yếu đi nữa Một lợi ích nữa của bộ biến đổi đảo mạch của nó thấp hơn các van thyristor bình thường khác

Hình 1.11 Sơ đồ biến đổi đảo mạch điện dung

Do vậy việc sử dụng nguyên lý đảo mạch dung này các Thyristor khả năng

được sử dụng tốt hơn trong chế độ xác lập bình thường

1.2.9.3 Bộ lọc AC điều chỉnh liên tục (Contionuous Tune)

Một sự kết hợp tuyệt vời cho ứng dụng bộ biến đổi đảo mạch dung là dùng kèm với bộ lọc có sơ đồ có hiệu suất cao, công suất tiêu thụ thấp Trong những bộ lọc thông thường do bị ảnh hưởng nhiều bởi sự biến động của tần số phẩm chất Q cao khó có thể dùng Giải pháp mới là điều chỉnh điện cảm của cuộn dây nhờ lõi sắt với độ bão hòa

điều khiển bằng trường ngang (lõi sắt mới là điều khiển bằng điện từ) Bộ lọc được điều chỉnh một cách liên tục như vậy gọi là lọc Con-Tune, nguyên lý đó cho trên hình

1.12

Cuộn kháng có dạng như hình 1.13, trong đó
 là dòng AC đi trong lõi chính,
 là dòng điều khiển hay dòng trường ngang Bộ điều khiển cảm nhận góc pha giữa điện áp họa tần chảy qua bô lọc, điều chỉnh dòng từ trường ngang một cách thích hợp và nhờ vậy cảm kháng của cuộn dây được kích thích theo Với tốc độ và độ chính xác của các

bộ xử lý và cảm biến như hiện nay, hệ số Q có thể đạt đến giá trị 1 mà không cần thêm các cuộn dây cản dịu hay điện trở đệm vào

1.2.9.4 Các bộ lọc DC tích cực

Sự phát triển của HVDC đã đòi hỏi yêu cầu lọc ngày càng nghiêm ngặt hơn,

đặc biệt ở phía DC

Ảnh hưởng tác động của các sơ đồ lọc theo yêu cầu nghiêm ngặt đó là ngày

càng có nhiều các nhánh lọc song song (dung lượng theo toàn bộ điện áp của một cực),

và cả những cuộn kháng nối tiếp vào hệ thống n Do vậy kỹ thuật lọc DC tích cực đã

được phát triển để có thể vừa đạt đến khả năng giảm họa tần DC rất tốt mà lại không

làm gia tăng số lượng thiết bị chính

Hình1.14 Sơ đồ nguyên lý mạch lọc DC Nguyên tắc này được biểu diễn như hình 1.14 Một bộ khuếch đại điều khiển bằng kỹ thuật số công suất lớn được dùng để bơm vào để mà khử dòng họa tần chạy

từ bộ biến đổi đi xuyên qua cuộn kháng Nguyên lý của nó rất đơn giản là bộ điều khiển được yêu cầu giữ cho một biến số ở quanh giá trị zero (dòng vào đường dây) bằng cách điều chỉnh đầu ra (dòng vào trong đáy của bộ lọc thụ động) Áp dụng trong thực tế thì giải thuật điều khiển có một chức năng chỉnh nhuyễn đa biến để có thể điều khiển cho các tần số khác nhau với các hàm truyền khác nhau

1.2.9.5 Các cảm biến dòng DC bằng quang điện (OCT)

Với mục đích giảm bớt xác suất hỏng hóc thì các OCT được phát triển không ngừng Kỹ thuật đo đạc được thực hiện với một điện trở shunt có độ chính xác cao đặt tại mức điện thế cao Tín hiệu được biến đổi A/D và sẽ được biến đổi qua một bộ chuyển đổi A/D và sẽ gửi đi bằng cáp quang như những tín hiệu số Các điện tử tại mức áp cao được cấp nguồn nhờ ánh sáng gởi từ mức diện áp đất, cũng bằng cáp quang Chỉ có cáp quang giữa mức áp đất và mức áp đất và mức cao mới cho phép sử dụng những đường kết nối với tiết diện cực nhỏ Độ chính xác, tốc độ truyền, tầm và dãy tần số hoạt động của OCT hiện nay đạt được các yêu cầu chất lượng rất cao

1.3 Các kiểu truyền tải một một chiều (HVDC)

Các kiểu truyền tải của hệ thống HVDC gồm có các dạng sau:

1.4.1 Kiểu đơn cực (Monopolar)

Hình1.15 Cấu hình đơn cực, chỉnh lưu 12 xung Trong cấu trúc này chỉ dùng một dây dẫn thường là cực tính âm dây đất để dẫn dòng đi và về Thông thường cực tính âm sẽ được chọn trong truyền tải DC bởi vì tổn thất vầng quang sinh ra trên cực tính âm thấp hơn Dây đất ở dây có thể dùng là biển thì tốt nhất Sơ đồ này có ưu điểm nhận thấy được rõ là chi phí thấp Tuy nhiên việc dùng dây đất trong truyền tải điện DC cũng gặp phải một số khó khăn nhất định, chẳng hạn như vấn đề thông tin trên đường dây trở nên khó khăn, dễ gây ra hiện tượng rỉ sét

và hư hại các điện cực và ống dẫn kim loại, ảnh hưởng không tốt đến môi trường Tuy nhiên những nhược điểm trên có thể khắc phục được một cách dể dàng với chi phí không quá lớn

Trong cấu trúc này, tại mỗi trạm truyền và nhận công suất đặt một bộ biên đổi

có dòng định mức xác định, mỗi bộ biến đổi này dùng nhiều van thyristor được ghép lại với nhau để tạo ra mạch cầu 6 nhịp và 12 nhịp

Cấu trúc đơn cực sau đó sẽ dễ dàng được phát triển thành cấu trúc đôi cực để tăng gấp đôi công suất truyền tải và nâng độ tin cậy của hệ thống truyền tải DC, vấn đề này sẽ được xem xét ở phần sau

1.4.2 Kiểu lưỡng cực (Biopolar)

Trong cấu hình lưỡng cực (hai cực âm – dương), các trạm chuyển đổi được nối với nhau bởi 2 dây dẫn có điện thế trái dấu, điểm trung tính được nối đất Ở cấp điện

áp ± 500 kV, khả năng tải của đường dây trên không một chiều hiện nay khoảng 3000MW Ưu điểm của cấu hình này là tính phổ biến, có độ tin cậy cung cấp điện cao,

công suất truyền tải lớn

Hình1.16 Cấu hình lưỡng cực, chỉnh lưu 12 xung Hầu hết các đường dây truyền tải 1 chiều hiện nay đều là đường dây lưỡng cực, khi sự

cố 1 mạch thì hệ thống hoạt động như cấu hình đơn cực, dòng về qua đất Nhược điểm

là chi phí xây dựng đường dây và trạm chuyển đổi cao hơn cấu hình đơn cực

Từ 2 cấu hình cơ bản trên, có các kiểu đấu nối hệ thống truyền tải điện một chiều như sau:

1- Trạm Back-to-Back: sử dụng khi 2 hệ thống xoay chiều được đấu nối với nhau ở cùng một địa điểm, không cần đường dây truyền tải giữa các cầu chỉnh lưu – nghịch lưu, có thể dùng cấu hình đơn cực hoặc lưỡng cực Trạm Back-to-Back thường

ứng dụng khi đấu nối 2 hệ thống điện khác tần số cơ bản, hoặc các hệ thống không đồng bộ Vì các bộ biến đổi nằm tập trung nên thuận lợi cho việc điều khiển bảo

dưỡng thiết bị

2- Kiểu truyền tải giữa 2 trạm: được sử dụng khi phương án xây dựng đường dây truyền tải cao áp 1 chiều tỏ ra kinh tế nhất khi đấu nối 2 trạm chuyển đổi ở 2 vị trí cách xa nhau Đây là kiểu truyền tải 1 chiều phổ biến nhất hiện nay Mỗi mạch đường dây một chiều ±500kV (2 cực – biopole) có khả năng tải khoảng 3000MW, thông thường sử dụng đường dây trên không, tải lượng công suất lớn đi khoảng cách rất xa

Các đường cáp ngầm cao áp một chiều thường dùng để truyền tải điện qua biển Loại cáp phổ biến nhất là cáp dầu (oil-filled cable) và cáp đặc (solid cable) Trong nhiều trường hợp, cáp đặc sẽ kinh tế hơn vì chất cách điện được cấu tạo từ các lớp giấy tẩm dầu có độ nhớt cao Ngày nay có thể thiết kế cho cáp đặc ở độ sâu khoảng 1000m

và không gặp giới hạn về khoảng cách Loại cáp dầu có chất cách điện là dầu có độ nhớt thấp điền đầy trong cáp và luôn làm việc với 1 áp suất nhất định Khoảng cách lớn nhất cho loại cáp dầu khoảng 60 km

3- Kiểu truyền tải giữa nhiều trạm: Khi có từ 3 trạm chuyển đổi trở lên ở các vị trí địa lý khác nhau đấu vào cùng một hệ thống 1 chiều, có thể đấu nối tiếp hoặc song song Khi tất cả các trạm có cùng điện áp đấu nối thì gọi là kiểu đấu song song, sử dụng khi công suất trạm lớn hơn 10% tổng công suất trạm chỉnh lưu Nếu một hoặc nhiều bộ chuyển đổi được đấu nối tiếp vào một hay cả 2 cực thì ta có kiểu đấu nối tiếp,

ứng dụng khi công suất trạm nhỏ hơn 10% tổng công suất trạm chỉnh lưu Chi phí

dành cho các trạm thêm vào là rất lớn, do đó kiểu truyền tải nhiều trạm rất khó đạt

được các chỉ tiêu kinh tế

4- Kiểu nối bộ tổ máy: hệ thống truyền tải 1 chiều được đấu nối vào ngay đầu ra của máy phát điện, thích hợp với các máy phát thủy điện và tuabin gió vì có thể đạt hiệu suất cao nhất Điện năng xoay chiều nhận được phía nghịch lưu sẽ có tần số cơ bản 50 Hz (hoặc 60 Hz) không phụ thuộc vào tốc độ tuabin

5- Kiểu chỉnh lưu Diode: Ứng dụng khi công suất điện 1 chiều chỉ truyền theo 1 hướng duy nhất, hệ thống van chỉnh lưu chỉ cần dùng diode thay vì Thyristor, công suất truyền tải sẽ được điều khiển ở phía Nghịch lưu, đặc biệt có lợi đối với kiểu nối

bộ tổ máy phát vì có thể điều khiển dòng công suất dựa vào điều khiển điện áp xoay chiều thông qua hệ thống kích từ máy phát Kiểu đấu nối này cần sử dụng loại máy cắt xoay chiều tốc độ cao giữa máy phát và bộ chỉnh lưu để bảo vệ quá dòng cho diode khi

có ngắn mạch trên đường dây 1 chiều

Sau đây các hình minh họa các kiểu truyền tải HVDC

Hình1.17 Các kiểu đấu nối truyền tải một chiều

CHƯƠNG 2

SO SÁNH GIỮA HỆ THỐNG HVAC VÀ HVDC

- Bất cứ phương pháp so sánh lựa chọn phương pháp đầu tư nào cũng đều phải dựa trên những đặc điểm kinh tế-kỹ thuật Việc so sánh phải dựa trên toàn bộ những mối quan hệ giữa những yếu tố khác nhau, tuy nhiên những yếu tố chung nhất đó là:

- Tính kinh tế đối với toàn bộ hệ thống, tức là phải đánh giá phương án theo giá trị toàn cục của hệ thống khi có thêm một đường dây truyền tải vào

- Hiệu quả về mặt kỹ thuật

- Độ tin cậy trong suốt quá trình làm việc

- Ảnh hưởng lên môi trường thời tiết

Ngoài ra còn xét thêm những yếu tố như khả năng phát triển trong tương lai nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của phụ tải và nguồn, nguồn vốn xây dựng, tiến bộ của công nghệ đang dùng…vv Những yếu tố này liên quan đến bài toán qui hoạch hệ thống trong thời gian dài

2.1 So sánh kinh tế hệ thống HVDC và HVAC

Chi phí cho một hệ thống truyền tải điện năng gồm 2 phần chính là: chi phí đầu

tư và chi phí vận hành Xét một hệ thống truyền tải DC và một hệ thống truyền tải AC

có cùng công suất thì thấy rõ rằng chi phí cho đường dây DC rẻ hơn đường dây AC nhưng ngược lại chi phí cho các trạm biến đổi của hệ thống truyền tải DC lại đắt hơn trạm biến áp của truyền tài AC

2.1.1 Chi phí đầu tư của hệ thống HVDC

Chi phí đầu tư bao gồm chi phí cho tuyến dây đi, chi phí cho dây dẫn và các phụ kiện, chi phí cho cột điện, chi phí cho cách điện và các biện pháp chống quá áp, chi phí cho các trạm phát và nhận công suất

- Chi phí cho tuyến dây đi là chi phí phải trả cho khoảng không gian mà tuyến dây dẫn đi qua Đối với hệ thống DC do chiếm khoảng không gian ít hơn nên chi phí này thấp, đặc biệt trong những khu vực đô thị hay vùng có dân cư thì dung truyền tải

DC rất có lợi

- Chi phí cho dây dẫn của hệ thống truyền tải DC đặc biệt rẻ hơn rất nhiều so với

hệ thống AC cùng công suất truyền tải bởi vì nó không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng bề mặt, không tải dòng công suất phản kháng trên đường dây và cũng như là số lượng dây dẫn ít hơn

- Đi cùng với nó là chi phí cho cách điện, chi phí cho cột điện và các phụ kiện

khác của truyền tải điện DC cũng rẻ hơn rất nhiều so với truyền tải điện AC Đặc biệt

là đối với đường dây truyền tải lượng công suất lớn đi xa thì đường dây AC cần thêm một số thiết bị bù ngang và bù dọc rất đắt tiền còn đường dây DC thì không cần

- Chi phí cho trạm biến đổi bao gốm chi phí cho tất cả các thành phần đã nói ở chương một Trong phần này thì chi phí cho trạm biến đổi khá đắt tiền so với các trạm biến áp AC thông thường

Trong các loại chi phí kể trên thì chi phí cho việc xây dựng đường dây có khoảng dao động khá lớn, ở mỗi quốc gia do có những điều kiện địa lý, khí hậu, dân cư…khác nhau thì chi phí này cũng khác nhau khá nhiều, thống kê cho thấy sự khác biệt này có thể lên đến 2,5 lần Trong khi đó chi phí cho các trạm biến đổi hầu như là không khác biệt nhau nhiều lắm Tuy nhiên cùng với sự phát triền của công nghệ mới trong lĩnh vực điện tử công suất càng ngày giá thành của các thyristor cùng với các thiết bị điều khiển điện tử càng giảm, do vậy chi phí cho các trạm biến đổi sẽ càng giảm và có tính cạnh tranh cao so với trạm biến áp AC

Sau đây là những phân tích chi tiết đối với các chi phí đầu tư cho hệ thống HVDC

2.1.2 Trước tiên phải lựa chọn điện áp DC

Trong hệ thống HVDC, điện áp truyền tải có thể được lựa chọn một cách tự do

để có được giá trị tối ưu về kinh tế của hệ thống Đối với một lượng công suất định

mức đã chọn, điện áp đường dây tới ưu phải được tính toán dựa trên các quan hệ với chi phí cho trạm biến đổi, chi phí đường dây, chi phí tổn thất công suất tổng công Cách tính toán tương tự như cho đường dây AC, nhưng những giới hạn đặt ra bởi hiệu

ứng vầng quang cho đường dây AC thì sẽ giảm xuống đáng kể khi tính cho đường dây

DC

Trên thực tế sự phân tích các quan hệ kinh tế giữa chi phí cho đường dây DC

và trạm biến đổi là tách biệt nhau Một sự tối ưu toàn cục nên quan tâm đến khoảng cách truyền tải và những yếu tố quan trọng khác nhau chẳng hạn như yêu cầu về môi trường

2.1.3 Chi phí của đường dây DC

Hình 2.1 So sánh giữa cột điện và đường dây AC-DC Chi phí cho đường dây DC thay đổi theo hình 2.2, trong đó mỗi mức điện áp tương ứng với một khoảng cách đánh thủng riêng nên cấu trúc các thiết bị đỡ cáp, chi phí cách điện cũng khác nhau

Hình 2.2 Quan hệ giữa tiết diện dây dẫn và chi phí theo điện áp

Đối với các mức điện áp một chiều dưới 400kV, thì mức điện áp chỉ có ảnh hưởng

âm lên chi phí Những đường cong chi phí đường dây theo mức điện áp đối với các tải xác định, có thể cả chi phí cho tổn thất thiết bị cho trên hình vẽ Đường thấp nhất trên hình biểu thị cho chi phí tổn thất về vốn được xem như giống nhau với tất cả các

đường cong Đường cong điện áp tối ưu chỉ ra mức điện áp cao nhất mà tất cả các

đường cong cần lưu ý (nghĩa là ở giá trị điện áp đó thì đạt đến tối ưu – chi phí thấp

nhất) Trong thực tế thì các giá trị nằm khoảng từ 75% đến 80% của giá trị điện áp tối

ưu là hợp lý hơn cả khi xem xét trong một số điều kiện như: chiều dài dây, chi phí phụ

thuộc điện áp của trạm biến đổi, hệ thống sử dụng của đường dây…vv

Hình 2.3 Quan hệ công suất truyền tải trên km ở mỗi mức điện áp theo chi phí

Có thể nhận thấy được rằng chi phí tổn thất của đường dây chiếm một phần đáng

kể (30 – 35%) của tổng chi phí cho đường dây và luôn luôn phải được xét đến Giả sử rằng một đường dây AC có thể được thiết kế một cách tối ưu kể cả chi phí đầu tư và chi phí tổn thất, ta có thể nói rằng đối với cùng công suất định mức thì tỉ số chi phí giữa đường dây DC và AC là gần bằng 2:3 Quan hệ này có giá trị cho cả vốn đầu tư lẫn chi phí tổn thất Tuy nhiên trên thực tế nhiều khi không thể thiết kế tối ưu đường dây AC một cách rõ ràng về kinh tế được vì bị giới hạn bởi các yêu cầu ổn định, hiệu

ứng vầng quang…Do đó phải thêm vào một số chi phí phụ nữa cho vấn đề bù, thay đổi

cấu trúc đường dây…vv Trong những trường hợp như vậy thì tỉ số chi phí giữa DC và

AC có thể lại giảm xuống hơn nữa và có thể đến 1:2 hay thấp hơn

2.1.4 Chi phí cho cáp

Chi phí cho cáp DC thấp hơn cáp AC một cách rõ rệt khi cùng khả năng tải Kết quả là tỉ số chi phí vào khoảng 1:3 giữa các phương án dùng DC và dùng AC

Hình 2.4 Các chi phí đặc trưng đối với cáp cách điện rắn

Điều này có thể nhận thấy rất rõ khi phân tích kỹ thuật trong truyền tải bằng cáp

Cáp AC do dòng dung nạp vào đường dây nên khoảng cách truyền tải bị giới hạn rất nhiều Muốn truyền tải bằng cáp AC thì phải thiết lập những trạm bù trung gian tại những khoảng cách định sẵn trên tuyến dây Đặc biệt khi truyền tải xuyên biển thì dùng cáp AC không thể thực hiện được Như vậy nếu xét cả về kỹ thuật lẫn kinh tế thì truyền tải điện bằng cáp dùng DC là tốt nhất

2.1.5 Chi phí trạm biến đồi HVDC

Bản thân bộ biến đổi là sự hợp thành từ nhiều thiết bị nhất, vì vậy chi phí của trạm phụ thuộc chủ yếu vào kích thước của nó Sự biến đổi của chi phí theo lượng công suất

định mức truyền tải Nếu mức điện áp cao hơn được chọn (theo sự tối ưu hóa chi phí

truyền tải tổng), thì chi phí đơn vị cho mỗi thiết bị cũng tăng lên một cách bình thường Chi phí của một trạm nào đó có cấu trúc truyền tải đơn cực với cùng công suất

định mức sẽ cao hơn một tí Điện áp AC ảnh hưởng lên chi phí của trạm HVDC được

cho như trên bảng 2.1

Bảng 2.1: Ảnh hưởng của điện áp AC lên chi phí trạm HVDC

Khi trạm HVDC đặt tại nhà máy phát điện, nối kết trực tiếp giữa các bộ biến đổi với các máy phát riêng lẻ cần được xem xét Trong trường hợp này thì việc sử dụng trạm HVDC có những lợi ích sau:

- Máy biến áp cho bộ biến đổi không cần có bộ đổi nấc bởi vì các bộ điều chỉnh của máy phát có thể điều khiển điện áp rất tốt

- Hơn thế nữa với những bộ biến đổi được nối như là tải duy nhất của máy phát, các bộ lọc họa tần cũng không cần thiết do các máy phát được thiết kế chịu được các họa tần

Như vậy chi phí cho trạm HVDC nối trực tiếp với các nhà máy phát điện sẽ có một lợi ích kinh tế còn cao hơn so với các trạm HVDC thông thường khác Đặc biệt

đối với các trạm HVDC back-to-back thì chi phí cho trạm sẽ chỉ bằng khoảng 2/3 chi

phí cho trạm HVAC truyền tải đi xa

Tỉ lệ chi phí của các thành phần của trạm HVDC tiêu biểu được cho trên bảng 2.2 Như vậy xem trên bảng trên ta có nhận thấy rằng hầu như các thiết bị chính như máy biến áp, van thyristor chiếm một tỉ lệ chủ yếu trong tổng chi phí cho trạm và thay

đổi ít Còn những chi phí thành phần khác như bộ lọc, nguồn công suất phản kháng,

thiết bị thông tin và bảo vệ…lại có dãy biến động khá lớn Như vậy các trạm HVDC sẽ

có chi phí thay đổi phụ thuộc chủ yếu vào sự biến đổi về giá cả của các thành phần có

độ biến động về giá cao và cũng có quan hệ với đặc điểm riêng của mỗi hệ thống AC được nối kết

+/-500kV 3000MW

3 Bộ lọc và nguồn công suất

Nhận thấy, trạm chuyển đổi có công suất càng lớn thì suất đầu tư càng nhỏ, với qui

mô công suất từ 1000-3000MW/trạm, kiến nghị lấy suất đầu tư 100USD/kW/trạm để

đưa vào tính toán

2.2 Chi phí vận hành của hệ thống HVDC

Chủ yếu là chi phí do tổn thất điện năng Trong truyền tải điện DC theo thống

kê thì tổn thất trên đường dây DC chỉ bằng 70 – 85% lượng tổn thất trên đường dây

AC có cùng công suất truyền tải

2.2.1 Tổn thất của đường dây

Bởi vì truyền tải HVDC không tải công suất phản kháng trên đường dây nên tổn thất trên đường dây DC thấp hơn AC Theo thống kê khi xét một số đường dây truyền tải 1200MW với chiều dài từ 500 đến 1000km thì nhận thấy đường dây HVDC tổn thất ít hơn đường dây HVAC từ 14% đến 24% Tuy nhiên khi khoảng cách này bé hơn 250km thì độ lợi này chỉ đủ bù cho tổn thất của trạm biến đổi điện

Tổn thất trên đường dây DC gồm tổn thất điện trở đường dây và tổn thất vầng quang Dù vậy tổn thất vầng quang trong nhiều trường hợp khá bé có thể bỏ qua Không xét đến hiệu ứng bề mặt và mật độ dòng điện đưa ra để tính toán cũng cao hơn

so với đường dây AC Một giá trị kinh tế thông dụng cho dây nhôm là khoảng 0,75

đến 0.9 A/mm2

, phụ thuộc vào chi phí tổn thất cho đường dây Không có tiêu chuẩn nhất định đề đạt được giá trị tối ưu chính xác, bởi vì một sự giảm xuống trong chi phí lắp đặt sẽ bị kéo lại do gia tăng chi phí tổn thất đường dây Như vậy tổn thất trạm biến

đổi mới là giá trị quan trọng trong tính toán kinh tế

2.2.2 Tổn thất trạm

Khi trạm HVDC vận hành tại những điều kiện định mức, chúng sẽ chịu một lượng tốn thất tổng cộng tiêu biểu là từ 0.6 đến 0.7% giá trị định mức của trạm Đối với một trạm HVDC được bù hoàn toàn, với một hiệu suất cao có thể được, với một qui mô lớn, bị ảnh hưởng bởi thiết kế của thiết bị Như vậy sự thiết kế, là một chức năng của đánh giá tổn thất có nghĩa là thiết kế tốt thì tổn thất cũng sẽ giảm Đối với một trạm HVDC hiện đại, tỉ lệ tổn thất 0.65 đến 1% cho mỗi trạm là giá trị tiêu biểu chấp nhận được[6]

Hình 2.5 Chi phí tổn thất (%) cho trạm theơ mức độ tải Tổn thất không tải là kiểu tổn thất thứ hai của trạm biến đổi HVDC, được sinh ra khi bộ biến đổi đã có điện vào nhưng các van đang bị khóa , bộ lọc AC và các thiết bị

bù cách ly và tất cả thiết bị phía DC đều không có điện Hay là những thiết bị phụ

được nối kết vào như yêu cầu để dự phòng tức thời cho tải Tổng số tổn thất không tải

này chiếm khoảng 10% trong tổng số tổn thất vận hành

Đối với van thyristor thì độ sụt giảm điện áp thuận đặc trưng chủ yếu cho tổn thất

của nó Như vậy cùng với tổn thất máy biến áp, tổn thất van sẽ chiếm phần lớn trong

tổng số tổn thất của trạm Trên hình 2.5 là tổn thất xấp xỉ của các thành phần được cho như một hàm số quan hệ theo công suất tải qua nó

2.2.3 Tính toán tổn thất công suất trạm

Các hệ số định giá được gán bằng $US cho mỗi kW tổn thất thông thường

được thành lập để ước lượng cả chi phí không tải và có tải của một trạm biến đổi

HVDC Hệ số định giá là chi phí vốn bỏ ra cho các tổn thất của thiết bị đang xét và bao gồm cả phí tổn cho công suất cộng cho chi phí tổn cho năng lượng

Phí tổn cho công suất đặt biểu thị cho một lượng vốn bỏ ra để thêm vào hệ thống một lượng công suất bù lại cho lượng công suất bị tổn thất

Các phí tổn năng lượng là giá trị hiện tại của năng lượng được điều chỉnh để giải thích cho sự khác biệt về tải mong muốn và các điều kiện vận hành đối với trạm

và các chế độ vận hành mà tại đó lượng tổn thất công suất được xác định một cách thực tế

Hệ số định giá ($/kW) = Phí tổn công suất ($/kW) + Phí tổn năng lượng ($/kW) Phí tổn năng lượng = Phí tổn nhiên liệu ($/kWh) x số giờ tuơng đương x suất phí tổn cố định

Phí tổn nhiên liệu tiêu biểu cho các chi phí nhiên liệu trung bình của hệ thống theo $US mỗi một kWh như nhau trong suốt thời kỳ tính toán của sử dụng trạm HVDC

Suất phí tổn cố định cùng với phí tổn công suất đặt và phí tổn nhiên liệu sẽ phụ thuộc vào các điều kiện, các yêu cầu và sự thừa nhận được đưa ra của nhà phân phối quốc tế Chúng sẽ thay đổi một cách khác biệt hẳn giữa những nhà phân phối khác nhau

Số giờ tương đương trong một năm cũng được xác định theo đường cong đặc tính tải hằng năm, các điều kiện vận hành phù hợp với đường cong này

Bởi vì hệ số công suất ($US/kW) được đặc trưng bởi mỗi nhà phân phối đối với hệ thống của họ trong suốt quá trình tính toán thiết kế máy biến áp, các cân nhắc

về kinh tế để dẫn đến sự ra quyết định nên đầu tư nhiều tiền hơn vào cho thiết kế tối

ưu về tổn thất hay tối ưu về chi phí đầu tư

Các cách ước lượng tổn thất biến đổi khác nhau ở từng quốc gia Bảng 2.3 sau

đây sẽ liệt kê những giá trị tiêu biểu lấy ra trong khoảng 8 năm gần đây nhất và có thể được dùng để tham khảo

Bảng 2.3 Ước lượng tổn thất công suất khác nhau của từng quốc gia

[USD/kW]

Tổn thất có tải [USD/kW]

2.3 Phân tích điểm hòa vốn

Cho đến nay đã có hơn 50 công trình về HVDC dùng van thyristor được lắp đặt trên khắp thề giới Phần lớn những dự án đó đều dưới hình thức “chìa khóa trao tay” Chú ý rằng các chi phí này thường thay đổi rất khác nhau, tuy nhiên giá trị công trình dưới hình thức “chìa khóa trao tay” của các trạm biến đổi HVDC thường nằm trong khoảng từ 35 đến 96 $US/kW cho trạm bach-to-back và từ 50 đến 140 $US/kW với trạm truyền tải điện đi xa Muốn có những kết quả chính xác hơn phải tính toán cụ thể lại với những mức chi phí cố định và chi phí biến đổi

Các yếu tố ảnh hưởng đến giá cả của trạm và các thành phần có liên quan là:

- Về tiêu chuẩn kỹ thuật như: Chủng loại và số lượng thiết bị, cấp điện áp AC, kiểu của hệ thống, hệ thống AC mạnh hay yếu, yêu cầu quá tải, có dự phòng mở rộng không

- Về tài chính như: Tỉ suất ngoại hối, thể thức thanh toán, khả năng tài chính nhà cung cấp

- Về trường hợp bất khả kháng như: Thiên tai, động đất, sóng thần…

DC và truyền tải AC phải đứng trên quan điểm hướng tới toàn cục (có ích lợi trên toàn

hệ thống) và lâu dài (có khả năng phát triển dễ dàng)

Thông thường người ta hay dựa vào đồ thị chi phí theo khoảng cách để so sánh phương án dùng truyền tải AC hay DC

Hình 2.6 So sánh giữa chi phí AC & DC theo khoảng cách truyền tải

Nhìn vào đồ thị 2.6 trên ta thấy đường đặc tuyến AC tăng rất nhanh theo khoảng cách truyền tải, còn những đặc tuyến của DC thì có tung độ ban đầu lớn Điều

đó cũng phản ánh được những phân tích ở trên, có nghĩa là chi phí cho truyền tải AC

tăng nhanh theo khoảng cách còn chi phí cho truyền tải DC chỉ cao lúc ban đầu do giá thành trạm biến đổi cao Như vậy khi khoảng cách truyền tải đi càng xa, công suất truyền càng lớn thì dùng truyền tải DC càng có lợi Ở đây ta cũng nhận thấy gia số chi phí cũng sẽ tăng theo công suất truyền tải bởi vì khi đó các chi phí đơn vị của các thành phần trong hệ thống truyền tải cũng tăng Điểm d* gọi là điểm hòa vốn, giá trị của điểm hòa vốn thay đổi khá rộng do sự khác biệt của từng quốc gia

Tuy nhiên khoảng cách truyền tải cũng không phải là yếu tố duy nhất để đánh giá chi phí mà nó còn phụ thuộc nhiêu vào mục đích sử dụng, lượng công suất truyền tải, những yêu cầu khắt khe về kỹ thuật, có khi ở những khoảng cách gần lại dùng truyền tải DC là tốt còn những khoảng cách xa hơn lại dùng AC thì sẽ có hiệu quả cao hơn Đặc biệt là trong trường hợp đường dây liên lạc để kết nối các hệ thống con trong

hệ thống lớn, hay là các đường dây quan trọng có lượng công suất truyền tải lớn đòi hỏi khả năng ổn định cao thì dùng hệ thống HVDC thì tốt hơn

Do vậy việc so sánh phương án để lựa chọn truyền tải DC hay truyền tải AC, nhất là trong những trường hợp lân cận nhau là nhiệm vụ rất khó khăn do bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố

2.4 – Hiệu quả của việc truyền tải DC về mặt kỹ thuật

Truyền tải DC có những ưu điểm kỹ thuật hơn hẳn so với truyền tải AC mà có thể được nhận định thông qua các khía cạnh sau

2.4.1 Hệ thống HVDC không bị giới hạn công suất hay khoảng cách truyền tải

do điều kiện ổn định

Xét hệ thống truyền tải điện AC ngoài trời, công suất truyền tải trên đường dây là:

SR SR

R S X

V V

P= . sinθ

Với:

VS: Điện áp đầu phát

VR: Điện áp đầu nhận

XSR: Điện kháng giữa đầu phát và đầu nhận

ƟSR: Góc lệch pha giữa đầu phát và đầu nhận

Do điều kiện ổn định nên góc bị giới hạn khoảng 300 đến 400 Có nghĩa là với một lượng công suất cho trước thì khoảng cách truyền tải trên đường dây AC bị giới hạn

Đối với đường dây DC thì giới hạn này không tồn tại và khoảng cách truyền của nó là

bất kỳ dù tại những khoảng cách truyền bất lợi nhất ở truyền tải AC, chẳng hạn như tại khoảng cách ¼ bước sóng

2.4.2 Hiệu quả truyền tải của đường dây DC cao hơn đường dây AC

Điện áp trên đường dây DC được phân bố đều, không bị ảnh hưởng bởi dòng dung kháng đường dây nạp vào làm giảm khả năng tải công suất tác dụng Mặt khác

đường dây DC không bị ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt, có nghĩa là khả năng tải công

suất của đường dây DC tốt hơn hẳn đường dây AC và tổn thất công suất cũng ít hơn Hiệu quả sử dụng đường dây DC cao hơn đường dây AC còn được thấy qua mật độ tải dòng điện Mật độ dòng cho phép trên dây DC cao hơn dây AC nên khả năng chịu quá tải ở những tình trạng cưỡng bức cũng tốt hơn, ít tổn thất hơn

Đặc biệt trong truyền tải điện bằng cáp thì ưu thế của đường dây DC là hơn hẳn

và có thể nói là phương án lựa chọn duy nhất Nhất là trong các đường dây cáp tải điện xuyên đại dương thì chỉ có thể dùng truyền tải điện HVDC

2.43 Hệ thống HVDC có khả năng điều khiển hoàn toàn lượng công suất truyền tải

Truyền tải HVDC có khả năng điều khiển hoàn toàn lượng công suất truyền nhờ việc điều khiển góc kích van thyristor của bộ biến đổi Lượng công suất truyền tải qua hệ thống HVDC có thể thay đổi từ không tải đến định mức chỉ trong vòng tối đa là vài giây Ngoài ra việc điều khiển đổi chiều công suất qua lại giữa các trạm cũng rất nhanh Điều này rất quan trọng và là đặc điểm nổi bật nhất của truyền tải HVDC để giữ ổn định và điều khiển các chế độ quá độ của hệ thống HVDC

Đặc biệt trong trường hợp đường dây DC vận hành song song với đường dây

AC thì khả năng điều khiển công suất linh động của nó sẽ góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của cả hệ thống và giữ ổn định rất tốt

2.4.4 Dùng HVDC làm đường dây liên lạc hệ thống rất tốt

Nhờ vào khả năng điều khiển công suất và đổi chiều truyền tải qua lại giữa các trạm rất nhanh chóng, mà không phụ thuộc vào việc điều khiển nguồn sơ cấp, nên

đường dây liên lạc hệ thống bằng HVDC hoạt động rất linh động, độ tin cậy và sẵn

sàng cao

Đối với các hệ thống có đường dây liên lạc bằng HVDC thì ổn định của toàn

hệ thống được nâng cao nhờ khả năng điều khiển công suất nhanh Cũng nhờ khả năng

điều khiển nhanh này mà truyền tải HVDC còn có thể điều chỉnh tự động để giảm

dòng ngắn mạch trên đường dây xuống làm cho việc chế tạo các thiết bị sẽ dễ dàng hơn và chi phí thiết bị sẽ giảm đáng kể

Liên lạc hệ thống dùng HVDC sẽ đảm bảo hai hệ thống thành phần độc lập nhau về phương diện điều khiển Mỗi hệ thống thành phần vẫn có thông số điều khiển vận hành như cũ, vẫn được tính toán và vận hành tối ưu như cũ, tức là về mặt điều khiển từng hệ thống thành phần sẽ không bị thay đổi

Và cũng nhờ khả năng điều chỉnh nhanh và linh hoạt như vậy nên hệ thống HVDC rất có ích trong vấn đề cải thiện và nâng cao ổn định cho cả hai hệ thống Khi một hệ thống nào đó bị mất ổn định, đường dây liên lạc bằng HVDC sẽ lập tức điều chỉnh lượng công suất truyền tải qua lại một cách phù hợp để giúp ổn định hóa hệ thống lại

2.4.5 Đường dây DC không bị ảnh hưởng bởi tần số của hệ thống, có thể dùng

để nối kết các hệ thống có tấn số hay có những nguyên lý điều khiển tần số khác nhau

2.4.6 Khả năng hòa mạng lên lưới rất nhanh

Không cần phải đồng bộ hóa khi nối kết mạch, do đó thời gian lên lưới nhanh,

có thể dễ dàng phục vụ lại ngay sau khi hệ thống AC bị rã lưới làm giảm thiệt hại đến mức thấp nhất

2.4.7 Độ tin cậy của truyền tải điện HVDC rất cao

Các thyristor hoạt động với xác suất hư hỏng rất thấp Các van thyristor có lượng dự phòng hợp lý, có mạch tự động nối tắt những thyristor sự cố, có những mạch bảo vệ chống quá áp và quá dòng nên độ tin cậy được nâng cao rất nhiều Ngoài ra thời gian để bảo dưỡng, thay thế các thiết bị hỏng hóc rất nhanh (chỉ mất vài giây để thay thế thyristor bị hỏng) chính nhờ đó mà thời gian phải ngưng cung cấp điện bởi trạm HVDC rất thấp

Độ tin cậy cung cấp điện của đường dây HVDC cấu trúc đôi cực tương đương với đường dây AC ba pha mạch kép Khi một cực của hệ thống bị sự cố, mạch điều

khiển sẽ cho cực còn lại hoạt động theo chế độ đơn cực với dây đất và các bộ biến đổi chuyển qua hoạt động song song để đảm bảo công suất yêu cầu

2.4.8 Có khả năng mở rộng và phát triển thuận tiện

Việc phát triển từng bước để gia tăng công suất truyền tải có thể được thực hiện

dễ dàng, thuận tiện, với chi phí thêm vào không cao Công suất của các trạm biến đổi tăng lên khi thêm vào các van nối kết song song, công suất của toàn hệ thống HVDC cũng gia tăng khi phát triển từ sơ đồ một cực lên sơ đồ đôi cực

2.4.9 Việc nghiên cứu và áp dụng hệ thống HVDC nhiều trạm dừng terminal HVDC system) sẽ đem lại bước đột phá trong hệ thống điện

Tồn tại chính ảnh hưởng đến sự phát triển của truyền tải HVDC là không thể trích ngang công suất trên đường dây để sử dụng Tuy nhiên hiện nay người ta đã nghiên cứu lý thuyết và thử nghiệm thành công hệ thống truyền tải HVDC gồm nhiều trạm Trong tương lai sẽ có một hệ thống HVDC gồm 5 trạm trung gian được xây dựng để kết nối toàn bộ hệ thống điện của các nước Đông Âu và Tây Âu lại Dự án này đã được nghiên cứu khả thi và sẽ được triển khai vào những năm tới Việc phát triền hệ thống truyền tải HVDC nhiều trạm sẽ mang lại một bước đột phá rất lớn trong

hệ thống điện Trong tương lai số lượng dự án và lượng công suất truyền tải qua hệ thống HVDC sẽ tăng vọt và chiếm một tỉ lệ ngày càng tăng một cách vững chắc

Điều nhận thấy rõ phân tích kỹ thuật truyền tải cáp

Cáp AC dòng dung nạp vào đường dây nên khoảng cách truyền tải bị giới hạn nhiều Muốn truyền tải cáp AC... lược điều khiển bù trạm khác phụ thuộc vào độ mạnh hay yếu hệ thống AC Hệ số SCR (tỉ số ngắn mạch) dùng hệ số định để đánh giá hệ thống, hệ số SCR tỉ số lượng lúc ngắn mạch hệ thống khả truyền tải. .. HVDC HVAC

Chi phí cho hệ thống truyền tải điện gồm phần là: chi phí đầu

tư chi phí vận hành Xét hệ thống truyền tải DC hệ thống truyền tải AC

có cơng suất thấy rõ chi