Đồ án nghiên cứu hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều hvdc
- 95 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
Sinh viên : Đào Quang Huy
Giảng viên hướng dẫn : ThS.Nguyễn Đoàn Phong
HẢI PHÒNG - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
---------------------------------
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI
ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU HVDC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ
ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
Sinh viên thực hiện : Đào Quang Huy
Giảng viên hướng dẫn : Ths.Nguyễn Đoàn Phong
HẢI PHÒNG, 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
----------------------------------------------
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Sinh viên : Đào Quang Huy MSV : 1812102012
Lớp : DC 2201 Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
Tên đề tài : Nghiên cứu hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
1.Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp
(về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
2. Các số liệu cần thiết để tính toán.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
3.Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ và tên : Nguyễn Đoàn Phong
Học hàm, học vị : Thạc sỹ
Cơ quan công tác : Trường Đại học quản lý và công nghệ Hải Phòng
Nội dung hướng dẫn:
…………………………………………………………………………...........
………………………………………………………………………….............
………………………………………………………………………….............
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 04 tháng 4 năm 2022
Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 24 tháng 6 năm 2022
Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN
Sinh viên Giảng viên hướng dẫn
Đào Quang Huy
Hải Phòng, ngày tháng năm 2022
TRƯỞNG KHOA
TS. Đoàn Hữu Chức
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-------------------------------------
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP
Họ và tên giảng viên: Nguyễn Đoàn Phòng
Đơn vị công tác: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
Họ và tên sinh viên: Đào Quang Huy
Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
Nội dung hướng dẫn : Toàn bộ đề tài
1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận ( so với nội dung yêu cầu đã đề
ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số
liệu... )
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp
Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày......tháng.....năm 2021
Giảng viên hướng dẫn
( ký và ghi rõ họ tên)
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-------------------------------------
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN
Họ và tên giảng viên ………………………………………………………
Đơn vị công tác:.................................................................................................
Họ và tên sinh viên: .................................Chuyên ngành:..............................
Đề tài tốt nghiệp: ...........................................................................................
............................................................................................................................
1. Phần nhận xét của giảng viên chấm phản biện
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
2. Những mặt còn hạn chế
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện
Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày......tháng.....năm 2022 Giảng viên chấm phản biện
( ký và ghi rõ họ tên)
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. vi
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................. ix
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HVDC .................................... 1
1.1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống .............................................................. 1
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống ................................... 1
1.1.2 Tiềm năng của hệ thống HVDC ......................................................... 3
1.2 Nghiên cứu cấu trúc hệ thống ...................................................................... 7
1.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống HVDC ............................................ 7
1.2.3 Các loại hệ thống truyền tải điện một chiều....................................... 9
1.2.4 Cấu tạo của hệ thống HVDC ........................................................... 15
1.3 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của hệ thống ............................................... 23
1.3.1 Ưu điểm................................................................................................ 23
1.3.2 Nhược điểm ...................................................................................... 25
1.3.3 Ứng dụng của hệ thống HVDC ........................................................ 26
1.3.4 Chi phí của hệ thống HVDC ............................................................ 26
CHƯƠNG II : CÁC TRẠM BIẾN ĐỔI TRONG HVDC ............................. 29
2.1 Hệ thống HVDC dựa trên công nghệ LCC ................................................ 29
2.1.1 Tổng quan về công nghệ ...................................................................... 29
2.1.2 Trạm chuyển đổi LCC-HVDC và các thành phần chính ..................... 29
2.2 Hệ thống HVDC dựa trên công nghệ VSC ................................................ 31
2.2.1 Tổng quan về công nghệ ...................................................................... 31
2.2.2 Trạm biến đổi VSC-HVDC và các thành phần chính ......................... 32
2.3 So sánh công nghệ LCC và công nghệ VSC ............................................. 34
CHƯƠNG III : HỆ THỐNG HVDC CỦA ẤN ĐỘ ....................................... 36
3.1 Giới thiệu chung ......................................................................................... 36
3.1.1 Tình hình chung ................................................................................... 36
3.1.2 Tài nguyên năng lượng ở Ấn Độ ......................................................... 37
i
3.1.3 Tăng trưởng công suất lắp đặt ............................................................. 38
3.1.4 Tổng quan về hệ thống truyền tải điện hiện tại của Ấn Độ ................. 41
3.2 Các hệ thống HVDC của Ấn Độ ................................................................ 43
3.2.1 Các hệ thống Back to Back của Ấn Độ ............................................... 46
3.2.2 Hệ thống HVDC 500kV Rihand – Delhi ............................................. 46
3.2.3 Hệ thống HVDC Talcher- Kolar ........................................................ 47
3.2.4 Hệ thống HVDC Chandrapur-Padghe................................................. 49
3.2.5 Hệ thống HVDC Mundra- Mohindergarh .......................................... 49
3.2.6 Hệ thống HVDC Vidhyanchal ............................................................ 50
3.3 Những vấn đề về phát triển hệ thống HVDC ở Ấn Độ .............................. 51
3.4 Triển vọng tương lai của HVDC ở Ấn Độ ................................................. 52
CHƯƠNG IV : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM XÂY DỰNG MÔ HÌNH LƯỚI
ĐIỆN TRUYỀN TẢI TÍCH HỢP HỆ THỐNG HVDC ................................ 57
4.1 Xây dựng mô hình hệ thống ....................................................................... 57
4.2 Kết quả mô phỏng ...................................................................................... 60
4.3 Phân tích, đánh giá kết quả ........................................................................ 73
4.4 Kết luận ...................................................................................................... 76
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 78
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt 4 năm học tập và rèn luyện trên giảng đường Trường Đại học
Quản Lý và Công Nghệ Hải Phòng, em đã tiếp nhận được những kiến thức quý
báu từ các giảng viên trong trường, nhằm trang bị cho em những kỹ năng nghiên
cứu, kinh nghiệm trước khi lập nghiệp.
Trước tiên, em muốn gửi lời cảm ơn tới các quý thầy cô trong khoa Điện
– Điện tử nói chung và chuyên ngành Điện tự động Công Nghiệp nói riêng đã
chỉ dạy cho em những kiến thức chuyên môn làm nền tảng cho em có thể hoàn
thành đồ án tốt nghiệp này. Đồng thời em xin được đặc biệt gửi lời cảm ơn chân
thành tới thầy Th.S Nguyễn Đoàn Phòng với tâm huyết của mình đã định hướng
cho em và đưa ra những nhận xét, lời khuyên quý báu, chỉnh sửa những sai sót
của em trong bản đồ án. Đây không chỉ là những góp ý trong quá trình thực hiện
đồ án này mà còn là hành trang tiếp bước cho em sau này. Em chúc các thầy cô
luôn mạnh khỏe, giữ được nhiệt huyết với nghề giảng dạy, giúp đỡ các sinh viên
tiếp theo nên nghề, nên người.
Cuối cùng, là lời cảm ơn đến tập thể lớp DC2201 đã đồng hành cùng nhau
suốt những năm tháng sinh viên, cùng nhau chia sẻ những kỷ niệm vui buồn.
Sau khi tốt nghiệp, mỗi người sẽ có lựa chọn cho riêng mình, chỉ hy vọng những
cảm xúc ấy vẫn giữ trong chúng ta mãi sau này. Chúc mọi người thành công.
Tạm biệt!
iii
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của bản
thân tự đọc, dịch tài liệu và tổng hợp, không sao chép. Nội dung trong đồ án có
sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nói trong phần tài liệu tham khảo. Nếu
có bất kỳ sự gian lận nào, em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường và thầy
cô bộ môn.
Hải Phòng, ngày tháng năm 2022
SINH VIÊN
Đào Quang Huy
iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
HVDC Điện một chiều cao áp
HVAC Điện xoay chiều cao áp
NLTT Năng lượng tái tạo
LCC Line Commutated Converter - Bộ chuyển đổi nguồn dòng
VSC Voltage Source Converter - Bộ chuyển đổi nguồn áp
IEC International Electrotechnical Commission-Ủy ban Kỹ thuật
điện quốc tế
PECC2 Công ty cổ phần tư vấn xây dựng điện 2
EVN Electricity Vietnam-Tập đoạn điện lực Việt Nam
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition – Hệ thống điều
khiển giám sát và thu thập dữ liệu
ENTSO-E European Network of Transmission System Operators for
Electricity-Mạng lưới các nhà vận hành hệ thống truyền tải
Châu Âu
PGCIL Power Grid Corporation of India Limited-Hội đồng quản trị
điện của chính phủ Ấn Độ
v
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số Hình Tên Hình Trang
Hình 1.1 Đường dây HVDC đề xuất Nho Quan – Cầu Bông 6
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống HVDC 8
Hình 1.3 Cấu hình đơn cực 9
Hình 1.4 Đường dây truyền tải của Baltic 10
Hình 1.5 Cấu hình lưỡng cực 11
Hình 1.6 Cấu hình đồng cực 12
Hình 1.7 Bộ biến đổi Back-to-back 13
Hình 1.8 Các kiểu đấu nối hệ thống truyền tải HVDC 15
Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống HVDC 15
Hình 1.10 Máy biến áp trong hệ thống HVDC 19
Hình 1.11 Bộ lọc trong hệ thống HVDC 20
Hình 1.12 Cuộn san dòng 21
Hình 1.13 Đường dây truyền tải HVDC 22
Hình 1.14 Tụ bù công suất phản kháng 22
Hình 1.15 Hệ thống điều khiển trong HVDC 23
Hình 1.16 Hành lang tuyến của HVDC và HVAC 25
Hình 1.17 Chi phí đầu tư trạm chuyển đổi 27
Hình 1.18 Biểu đồ phí đầu tư của hệ thống HVDC và HVAC 28
Biểu đồ chênh lệch giá giữa HVDC và HVAC với
Hình 1.19 28
công suất 2000MW
Hình 2.1 Trạm chuyển đổi LCC-HVDC 31
Hình 2.2 Trạm chuyển đổi VSC-HVDC 33
Hình 3.1 Tài nguyên năng lượng để phát điện ở Ấn Độ 37
Hình 3.2 Biểu đồ tăng trưởng công suất lắp đặt trong Ấn Độ 38
Mục tiêu bổ sung công suất 78.700 MW vào năm
Hình 3.3 39
2012
vi
Mục tiêu bổ sung công suất 100.000 MW vào năm
Hình 3.4 39
2017
Hình 3.5 Nhu cầu cao điểm dự kiến 40
Hình 3.6 Yêu cầu công suất lắp đặt dự kiến 40
Hình 3.7 Bản đồ điện lưới điện quốc gia hiện tại 42
Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ thống HVDC 42
Hình 3.9 Các liên kết lưỡng cực HVDC trong Ấn Độ 43
Hình 3.10 Sơ đồ khối liên kiết HVDC Back to Back 43
Hình 3.11 Các trạm HVDC Back to Back của Ấn Độ 44
Hình 3.12 Bản đồ hệ thống HVDC Rihand- Delhi 48
Hình 3.13 Bản đồ hệ thống Talcher- Kolar 49
Hình 3.14 Bản đồ hệ thống HVDC Chandrapur-Padghe 50
Hình 3.15 Bản đồ hệ thống HVDC Mundra- Mohindergarh 51
Hình 3.16 Hệ thống HVDC Back to back Vydhyanchal 52
Hình 3.17 Trạm back to back Chandrapur 53
Hình 3.18 Trạm HVDC back to back Sasaram 54
Hình 4.1 Thông số nguồn phát trong lưới điện 59
Hình 4.2 Sơ đồ lưới điện mô phỏng trong ETAP 59
Hình 4.3 Cài đặt thông số mô phỏng trào lưu công suất trong 60
Edit Study Case
Hình 4.4 Study Case trong trường hợp mô phỏng ngắn mạch 61
Hình 4.5 Kết quả trào lưu công suất khi sử dụng HVAC trong 62
chế độ cực đại
Hình 4.6 Trào lưu công suất trường hợp sử dụng HVDC 65
trong chế độ cực đại
Hình 4.7 Kết quả trào lưu công suất khi sử dụng HVAC trong 68
chế độ cực tiểu
Hình 4.8 Trào lưu công suất trường hợp sử dụng HVDC 71
trong chế độ cực tiểu
vii
DANH MỤC BẢNG
Số Bảng Tên Bảng Trang
Bảng 2.1 So sánh công nghệ LCC và công nghệ VSC 34
Bảng 3.1 Bổ sung công suất trong kế hoạch 11 39
Bảng 3.2 Danh sách các hệ thống HVDC của Ấn Độ năm 2006 45
Bảng 3.3 Bổ sung đường truyền ở Ấn Độ 53
Bảng 3.4 Gói tăng cường hệ thống thứ mười một và thứ mười hai 54
Bảng 4.1 Thông số đường dây khu vực lưới điện 70 km 57
Bảng 4.2 Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng 62
HVAC trong chế độ cực đại
Bảng 4.3 Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVAC trong chế 63
độ cực đại
Bảng 4.4 Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng 63
HVAC trong chế độ cực đại
Bảng 4.5 Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng 65
HVDC trong chế độ cực đại
Bảng 4.6 Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVDC trong chế 66
độ cực đại
Bảng 4.7 Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng 67
HVDC trong chế độ cực đại
Bảng 4.8 Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng 68
HVAC trong chế độ cực tiểu
Bảng 4.9 Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVAC trong chế 69
độ cực tiểu
Bảng 4.10 Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng 70
HVAC trong chế độ cực tiểu
Bảng 4.11 Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng 71
HVDC trong chế độ cực tiểu
Bảng 4.12 Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVDC trong chế 72
độ cực tiểu
Bảng 4.13 Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi không sử 73
dụng HVDC trong chế độ cực tiểu
So sánh tổn thất công suất và điện áp rơi trong chế độ
Bảng 4.14 74
cực đại
So sánh tổn thất công suất và điện áp rơi trong chế độ
Bảng 4.15 75
cực tiểu
viii
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển của khoa học – kỹ thuật thì hiện nay công nghệ
truyền điện năng cũng có những bước tiến đột phá lớn về kỹ thuật. Nhờ sự áp
dụng kỹ thuật điện tử công suất vào việc truyền tải điện năng nên đã tạo ra
những thiết bị mới, công nghệ mới để hỗ trợ cho hệ thống truyền tải điện. Một
trong những công nghệ mới đã và đang triển khai trên toàn thế giới hiện nay là
công nghệ truyền tải điện một chiều HVDC. Công nghệ này có rất nhiều quốc
gia sử dụng để truyền tải điện năng đi xa và đem lại một sự hiệu quả về kinh tế.
Hiện nay, Việt Nam đang tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu đi sâu vào công nghệ
này.
Chính vì thế đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu hệ thống truyền tải điện cao áp
một chiều HVDC” được thực hiện nhằm tìm hiểu về hệ thống HVDC và một số
quốc gia đã sử dụng công nghệ này
2. Mục đích của đề tài
Nhằm trau dồi kiến thức đã học và kỹ năng tìm hiểu để có cái nhìn tổng
thể về một hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều, một công nghệ của tương
lai. Từ đó đi tìm hiểu một số hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều của đất
nước Ấn Độ.
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của một hệ thống truyền
tải điện cao áp một chiều HVDC
- Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi nghiên cứu là hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều nói
chung và một số hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều lớn của đất nước Ấn
Độ.
ix
4. Phương pháp nghiên cứu khoa học
Để có thể nghiên cứu được đề tài thì chúng em đã sử dụng phương pháp
tìm kiếm, đọc dịch và tổng hợp lý thuyết từ nhiều tài liệu, để có thể khai thác
được những đặc điểm và nắm bắt rõ hơn các vấn đề quan trọng trong một hệ
thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Giúp cho sinh viên ngành điện tự động Công Nghiệp em hiểu thêm về
đường dây truyền tải điện. Giúp củng cố thêm kiến thức và kĩ năng làm việc
nhóm, kĩ năng phân tích nguyên lý, là hành trang và kinh nghiệm quý báu cho
em khi bước ra ngoài cuộc sống. Giúp em có một nền tảng vững vàng để khi ra
trường có tư duy, kỹ năng làm việc toàn diện nhất.
.
x
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HVDC
1.1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống
HVDC có lịch sử phát triển lâu dài khi Thomas Edison (1847-1931) phát
minh ra dòng điện một chiều, hệ thống truyền tải điện đầu tiên được gọi là hệ
thống dòng điện một chiều. Ở điện áp thấp, công suất truyền tải điện một chiều
không thể đi quá xa. Vào đầu thế kỷ XX, với sự phát triển không ngừng của
công nghệ máy biến áp cùng với động cơ cảm ứng, truyền tải điện xoay chiều
ngày càng phổ biến và trở thành lựa chọn số 1 của các quốc gia. Năm 1929, đội
ngũ kỹ sư của Công ty ASEA của Thụy Điển đã nghiên cứu và phát triển hệ
thống Valve hồ quang thủy ngân điều khiển mạng lưới đa điện cực để sử dụng
trong truyền tải điện một chiều có công suất và điện áp cao. Những thí nghiệm
đầu tiên được tiến hành tại Mỹ và Thụy Điển năm 1930 với mục đích kiểm tra
hoạt động của Valve hồ quang thủy ngân trong quá trình chuyển đổi chiều
truyền tải cũng như thay đổi tần số. Sau chiến tranh thế giới thứ 2, nhu cầu
điện năng trên toàn cầu tăng cao đã kích thích sự nghiên cứu truyền tải điện
một chiều, khi truyền tải công suất đi xa hoặc nếu bắt buộc phải sử dụng đường
cáp ngầm. Năm 1950, đường dây truyền tải một chiều bắt đầu tiến hành thử
nghiệm điện áp 200 Kv với chiều dài 116 km đưa vào vận hành để tải điện từ
Moscow đi Kasira. Đường dây HVDC đầu tiên được đưa vào vận hành thương
mại vào năm 1954 trên Thụy Điển với công suất 20 MW, chiều dài 98 km, điện
áp 100 kV sử dụng cáp ngầm vượt biển kết nối giữa đất liền và đảo Gotland.
Đến năm 1960, hệ thống Valve thể rắn đã trở thành hiện thực khi được
Thyristor ứng đưa vào truyền tải điện một chiều. Năm 1972, Valves thể rắn đã
được ứng dụng lần đầu tiên tại trạm Back to Back Eel River công suất 320
MW ở Canada với điện áp 80 kV.
Ngày nay, công nghệ truyền tải HVDC là một phần không thể thiếu đối
với hệ thống điện của nhiều quốc gia trên thế giới. Truyền tải HDVC luôn luôn
1
được xem xét trong trường hợp phải tải lượng công suất lớn đi khoảng cách xa,
kết nối giữa những hệ thống điện không đồng bộ hoặc xây dựng đường cáp
điện vượt biển. Khi công suất đủ lớn và khoảng cách đủ xa, HVDC sẽ chiếm
ưu thế lớn về chi phí đầu tư và tổn thất truyền tải điện năng so với dòng điện
xoay chiều 3 pha truyền thống. Dựa vào thống kê của các nhóm nghiên cứu,
hiện nay có khoảng 239 dự án HVDC đã và đang trong quá trình triển khai xây
dựng trong đó có 173 hệ thống tải điện HVDC 56 trạm Back to Back. Điện áp
một chiều cao nhất thuộc về dự án Xinjiang - Anhui tại Trung Quốc lên tới
1.100 kV, công suất tải 12 GW chiều dài truyền tải 3.293 km. Trong khi ở châu
Âu đưa cấp điện áp một chiều lớn nhất là 525 kV trở thành tiêu chuẩn thì một
số khu vực khác có xu hướng sử dụng điện áp cao hơn chẳng hạn như: châu Á
800-1.100 kV, Bắc Mỹ 600 kV, Nam Mỹ 600 kV... Vấn đề về kỹ thuật và kinh
tế được cho là lý do chính dẫn đến việc lựa chọn hệ thống HVDC để thay thế
cho việc sử dụng hệ thống xoay chiều (AC).
Về lý do kỹ thuật: Hệ thống HVDC có thể sử dụng để trao đổi công suất
giữa các hệ thống điện khác nhau về tần số, điều độ vận hành, nó cũng có thể
liên kết giữa hệ thống điện mạnh và hệ thống điện yếu hơn nhiều mà không
làm ảnh hưởng đến nhau. Đường dây HVDC không có công suất phản kháng,
chỉ truyền tải công suất tác dụng, do đó không gặp các vấn đề về quá tải điện
áp trên đường dây dài đối với hệ thống AC. Những đường cáp biển có chiều
dài trên 50 km mà truyền tải bằng đường cáp AC sẽ gặp rào cản lớn về mức ổn
định điện áp, tính khả thi cũng không cao. Trong khi đó cáp HVDC có thể
truyền tải điện năng hàng trăm km. Hệ thống HVDC có khả năng tăng độ ổn
định hệ thống điện và cách ly sự cố rã lưới. Sự cố rã lưới năm 2003 ở Bắc Mỹ
là ví dụ điển hình, nó đã dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng, gây mất điện trên
phạm vi rộng và chỉ dừng lại khi gặp đường dây DC liên kết với Canada.
Nhiều hệ thống HVDC có thể phát ra công suất phản kháng độc lập với công
suất tác dụng, do đó có tác dụng như nguồn áp, có thể cấp điện cục bộ cho hệ
thống điện nhỏ, tăng tính ổn định cho hệ thống điện.
2
Về lý do kinh tế: các nghiên cứu cho thấy rằng, suất đầu tư cho đường
dây truyền tải DC thấp hơn AC vì thiết kế cột của đường dây DC gọn nhẹ hơn
là đường dây AC. Khi tính toán kinh tế đối với các dự án truyền tải trên toàn
cầu, suất đầu tư cho đường dây điện DC chỉ bằng 0,8 lần đường dây điện AC
cùng mức điện áp, số mạch. Do thiết kế cột gọn nhẹ và đơn giản hơn, số mạch
cũng ít hơn và ảnh hưởng của điện trường tĩnh đối với sức khỏe con người
tương tự như từ trường của trái đất và không cần phải tính toán kỹ lưỡng như
đường dây AC, do đó nên hành lang tuyến của đường dây DC nhỏ gọn hơn
AC, tổn thất công suất trên đường dây truyền tải của hệ thống DC thấp hơn AC
cùng điện áp, chi phí cho giải phóng mặt bằng cũng như đền bù sẽ thấp hơn.
Dựa trên tính toán lý thuyết, tổn thất công suất trên đường dây DC chỉ bằng
80% đường dây AC khi truyền tải cùng công suất và khoảng cách. Điều này là
lý do dẫn đến chi phí tổn thất điện năng của hệ thống HVDC thấp hơn so với
hệ thống HVAC. Chi phí xây dựng cho trạm chuyển đổi DC-AC và AC-DC
cao hơn rất nhiều so với chi phí đầu tư cho trạm biến áp AC, chi phí đó cần
được bù đắp bởi chi phí giảm được tổn thất điện năng và của đường dây DC.
Khoảng cách càng dài thì truyền tải DC càng có lợi, từ đó hình thành một điểm
cân bằng, ở đó 2 hệ thống AC và DC có chi phí tương đương. Điểm cân bằng
đó thường được tính toán theo chiều dài và có khoảng cách khoảng lên tới vài
trăm km. Đối với hệ thống HVDC dùng cáp vượt biển thì khoảng cách điểm
cân bằng ngắn hơn nhiều với đường dây trên không.
1.1.2 Tiềm năng của hệ thống HVDC
Hiện nay miền Bắc và miền Nam là 2 trung tâm phụ tải quan trọng trong
hệ thống điều độ điện quốc gia với công suất đỉnh trong năm 2020 đạt khoảng
18,3 GW và 17,8GW. Trong tương lai 2 vùng này dư báo sẽ tiếp tục tăng trưởng
và vẫn là 2 trọng tâm phụ tải của cả nước. Các vùng còn lại thuộc miền Trung có
phụ tải khá thấp, chiếm khoảng 18% vào năm 2020 và khoảng 16% vào năm
2045. Tuy nhiên, nơi đây lại là những khu vực có tiền năng phát triển các nguồn
năng lượng tái tạo cao như điện gió trên bờ, điện mặt trời và điện gió ngoài khơi.
3
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
Sinh viên : Đào Quang Huy
Giảng viên hướng dẫn : ThS.Nguyễn Đoàn Phong
HẢI PHÒNG - 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
---------------------------------
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI
ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU HVDC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ
ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
Sinh viên thực hiện : Đào Quang Huy
Giảng viên hướng dẫn : Ths.Nguyễn Đoàn Phong
HẢI PHÒNG, 2022
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
----------------------------------------------
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Sinh viên : Đào Quang Huy MSV : 1812102012
Lớp : DC 2201 Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
Tên đề tài : Nghiên cứu hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
1.Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp
(về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
2. Các số liệu cần thiết để tính toán.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
3.Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ và tên : Nguyễn Đoàn Phong
Học hàm, học vị : Thạc sỹ
Cơ quan công tác : Trường Đại học quản lý và công nghệ Hải Phòng
Nội dung hướng dẫn:
…………………………………………………………………………...........
………………………………………………………………………….............
………………………………………………………………………….............
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 04 tháng 4 năm 2022
Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 24 tháng 6 năm 2022
Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN
Sinh viên Giảng viên hướng dẫn
Đào Quang Huy
Hải Phòng, ngày tháng năm 2022
TRƯỞNG KHOA
TS. Đoàn Hữu Chức
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-------------------------------------
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP
Họ và tên giảng viên: Nguyễn Đoàn Phòng
Đơn vị công tác: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
Họ và tên sinh viên: Đào Quang Huy
Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
Nội dung hướng dẫn : Toàn bộ đề tài
1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận ( so với nội dung yêu cầu đã đề
ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số
liệu... )
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp
Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày......tháng.....năm 2021
Giảng viên hướng dẫn
( ký và ghi rõ họ tên)
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-------------------------------------
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN
Họ và tên giảng viên ………………………………………………………
Đơn vị công tác:.................................................................................................
Họ và tên sinh viên: .................................Chuyên ngành:..............................
Đề tài tốt nghiệp: ...........................................................................................
............................................................................................................................
1. Phần nhận xét của giảng viên chấm phản biện
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
2. Những mặt còn hạn chế
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện
Được bảo vệ Không được bảo vệ Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày......tháng.....năm 2022 Giảng viên chấm phản biện
( ký và ghi rõ họ tên)
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. vi
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................. ix
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HVDC .................................... 1
1.1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống .............................................................. 1
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống ................................... 1
1.1.2 Tiềm năng của hệ thống HVDC ......................................................... 3
1.2 Nghiên cứu cấu trúc hệ thống ...................................................................... 7
1.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống HVDC ............................................ 7
1.2.3 Các loại hệ thống truyền tải điện một chiều....................................... 9
1.2.4 Cấu tạo của hệ thống HVDC ........................................................... 15
1.3 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của hệ thống ............................................... 23
1.3.1 Ưu điểm................................................................................................ 23
1.3.2 Nhược điểm ...................................................................................... 25
1.3.3 Ứng dụng của hệ thống HVDC ........................................................ 26
1.3.4 Chi phí của hệ thống HVDC ............................................................ 26
CHƯƠNG II : CÁC TRẠM BIẾN ĐỔI TRONG HVDC ............................. 29
2.1 Hệ thống HVDC dựa trên công nghệ LCC ................................................ 29
2.1.1 Tổng quan về công nghệ ...................................................................... 29
2.1.2 Trạm chuyển đổi LCC-HVDC và các thành phần chính ..................... 29
2.2 Hệ thống HVDC dựa trên công nghệ VSC ................................................ 31
2.2.1 Tổng quan về công nghệ ...................................................................... 31
2.2.2 Trạm biến đổi VSC-HVDC và các thành phần chính ......................... 32
2.3 So sánh công nghệ LCC và công nghệ VSC ............................................. 34
CHƯƠNG III : HỆ THỐNG HVDC CỦA ẤN ĐỘ ....................................... 36
3.1 Giới thiệu chung ......................................................................................... 36
3.1.1 Tình hình chung ................................................................................... 36
3.1.2 Tài nguyên năng lượng ở Ấn Độ ......................................................... 37
i
3.1.3 Tăng trưởng công suất lắp đặt ............................................................. 38
3.1.4 Tổng quan về hệ thống truyền tải điện hiện tại của Ấn Độ ................. 41
3.2 Các hệ thống HVDC của Ấn Độ ................................................................ 43
3.2.1 Các hệ thống Back to Back của Ấn Độ ............................................... 46
3.2.2 Hệ thống HVDC 500kV Rihand – Delhi ............................................. 46
3.2.3 Hệ thống HVDC Talcher- Kolar ........................................................ 47
3.2.4 Hệ thống HVDC Chandrapur-Padghe................................................. 49
3.2.5 Hệ thống HVDC Mundra- Mohindergarh .......................................... 49
3.2.6 Hệ thống HVDC Vidhyanchal ............................................................ 50
3.3 Những vấn đề về phát triển hệ thống HVDC ở Ấn Độ .............................. 51
3.4 Triển vọng tương lai của HVDC ở Ấn Độ ................................................. 52
CHƯƠNG IV : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM XÂY DỰNG MÔ HÌNH LƯỚI
ĐIỆN TRUYỀN TẢI TÍCH HỢP HỆ THỐNG HVDC ................................ 57
4.1 Xây dựng mô hình hệ thống ....................................................................... 57
4.2 Kết quả mô phỏng ...................................................................................... 60
4.3 Phân tích, đánh giá kết quả ........................................................................ 73
4.4 Kết luận ...................................................................................................... 76
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 78
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt 4 năm học tập và rèn luyện trên giảng đường Trường Đại học
Quản Lý và Công Nghệ Hải Phòng, em đã tiếp nhận được những kiến thức quý
báu từ các giảng viên trong trường, nhằm trang bị cho em những kỹ năng nghiên
cứu, kinh nghiệm trước khi lập nghiệp.
Trước tiên, em muốn gửi lời cảm ơn tới các quý thầy cô trong khoa Điện
– Điện tử nói chung và chuyên ngành Điện tự động Công Nghiệp nói riêng đã
chỉ dạy cho em những kiến thức chuyên môn làm nền tảng cho em có thể hoàn
thành đồ án tốt nghiệp này. Đồng thời em xin được đặc biệt gửi lời cảm ơn chân
thành tới thầy Th.S Nguyễn Đoàn Phòng với tâm huyết của mình đã định hướng
cho em và đưa ra những nhận xét, lời khuyên quý báu, chỉnh sửa những sai sót
của em trong bản đồ án. Đây không chỉ là những góp ý trong quá trình thực hiện
đồ án này mà còn là hành trang tiếp bước cho em sau này. Em chúc các thầy cô
luôn mạnh khỏe, giữ được nhiệt huyết với nghề giảng dạy, giúp đỡ các sinh viên
tiếp theo nên nghề, nên người.
Cuối cùng, là lời cảm ơn đến tập thể lớp DC2201 đã đồng hành cùng nhau
suốt những năm tháng sinh viên, cùng nhau chia sẻ những kỷ niệm vui buồn.
Sau khi tốt nghiệp, mỗi người sẽ có lựa chọn cho riêng mình, chỉ hy vọng những
cảm xúc ấy vẫn giữ trong chúng ta mãi sau này. Chúc mọi người thành công.
Tạm biệt!
iii
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của bản
thân tự đọc, dịch tài liệu và tổng hợp, không sao chép. Nội dung trong đồ án có
sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nói trong phần tài liệu tham khảo. Nếu
có bất kỳ sự gian lận nào, em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường và thầy
cô bộ môn.
Hải Phòng, ngày tháng năm 2022
SINH VIÊN
Đào Quang Huy
iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
HVDC Điện một chiều cao áp
HVAC Điện xoay chiều cao áp
NLTT Năng lượng tái tạo
LCC Line Commutated Converter - Bộ chuyển đổi nguồn dòng
VSC Voltage Source Converter - Bộ chuyển đổi nguồn áp
IEC International Electrotechnical Commission-Ủy ban Kỹ thuật
điện quốc tế
PECC2 Công ty cổ phần tư vấn xây dựng điện 2
EVN Electricity Vietnam-Tập đoạn điện lực Việt Nam
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition – Hệ thống điều
khiển giám sát và thu thập dữ liệu
ENTSO-E European Network of Transmission System Operators for
Electricity-Mạng lưới các nhà vận hành hệ thống truyền tải
Châu Âu
PGCIL Power Grid Corporation of India Limited-Hội đồng quản trị
điện của chính phủ Ấn Độ
v
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số Hình Tên Hình Trang
Hình 1.1 Đường dây HVDC đề xuất Nho Quan – Cầu Bông 6
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống HVDC 8
Hình 1.3 Cấu hình đơn cực 9
Hình 1.4 Đường dây truyền tải của Baltic 10
Hình 1.5 Cấu hình lưỡng cực 11
Hình 1.6 Cấu hình đồng cực 12
Hình 1.7 Bộ biến đổi Back-to-back 13
Hình 1.8 Các kiểu đấu nối hệ thống truyền tải HVDC 15
Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống HVDC 15
Hình 1.10 Máy biến áp trong hệ thống HVDC 19
Hình 1.11 Bộ lọc trong hệ thống HVDC 20
Hình 1.12 Cuộn san dòng 21
Hình 1.13 Đường dây truyền tải HVDC 22
Hình 1.14 Tụ bù công suất phản kháng 22
Hình 1.15 Hệ thống điều khiển trong HVDC 23
Hình 1.16 Hành lang tuyến của HVDC và HVAC 25
Hình 1.17 Chi phí đầu tư trạm chuyển đổi 27
Hình 1.18 Biểu đồ phí đầu tư của hệ thống HVDC và HVAC 28
Biểu đồ chênh lệch giá giữa HVDC và HVAC với
Hình 1.19 28
công suất 2000MW
Hình 2.1 Trạm chuyển đổi LCC-HVDC 31
Hình 2.2 Trạm chuyển đổi VSC-HVDC 33
Hình 3.1 Tài nguyên năng lượng để phát điện ở Ấn Độ 37
Hình 3.2 Biểu đồ tăng trưởng công suất lắp đặt trong Ấn Độ 38
Mục tiêu bổ sung công suất 78.700 MW vào năm
Hình 3.3 39
2012
vi
Mục tiêu bổ sung công suất 100.000 MW vào năm
Hình 3.4 39
2017
Hình 3.5 Nhu cầu cao điểm dự kiến 40
Hình 3.6 Yêu cầu công suất lắp đặt dự kiến 40
Hình 3.7 Bản đồ điện lưới điện quốc gia hiện tại 42
Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ thống HVDC 42
Hình 3.9 Các liên kết lưỡng cực HVDC trong Ấn Độ 43
Hình 3.10 Sơ đồ khối liên kiết HVDC Back to Back 43
Hình 3.11 Các trạm HVDC Back to Back của Ấn Độ 44
Hình 3.12 Bản đồ hệ thống HVDC Rihand- Delhi 48
Hình 3.13 Bản đồ hệ thống Talcher- Kolar 49
Hình 3.14 Bản đồ hệ thống HVDC Chandrapur-Padghe 50
Hình 3.15 Bản đồ hệ thống HVDC Mundra- Mohindergarh 51
Hình 3.16 Hệ thống HVDC Back to back Vydhyanchal 52
Hình 3.17 Trạm back to back Chandrapur 53
Hình 3.18 Trạm HVDC back to back Sasaram 54
Hình 4.1 Thông số nguồn phát trong lưới điện 59
Hình 4.2 Sơ đồ lưới điện mô phỏng trong ETAP 59
Hình 4.3 Cài đặt thông số mô phỏng trào lưu công suất trong 60
Edit Study Case
Hình 4.4 Study Case trong trường hợp mô phỏng ngắn mạch 61
Hình 4.5 Kết quả trào lưu công suất khi sử dụng HVAC trong 62
chế độ cực đại
Hình 4.6 Trào lưu công suất trường hợp sử dụng HVDC 65
trong chế độ cực đại
Hình 4.7 Kết quả trào lưu công suất khi sử dụng HVAC trong 68
chế độ cực tiểu
Hình 4.8 Trào lưu công suất trường hợp sử dụng HVDC 71
trong chế độ cực tiểu
vii
DANH MỤC BẢNG
Số Bảng Tên Bảng Trang
Bảng 2.1 So sánh công nghệ LCC và công nghệ VSC 34
Bảng 3.1 Bổ sung công suất trong kế hoạch 11 39
Bảng 3.2 Danh sách các hệ thống HVDC của Ấn Độ năm 2006 45
Bảng 3.3 Bổ sung đường truyền ở Ấn Độ 53
Bảng 3.4 Gói tăng cường hệ thống thứ mười một và thứ mười hai 54
Bảng 4.1 Thông số đường dây khu vực lưới điện 70 km 57
Bảng 4.2 Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng 62
HVAC trong chế độ cực đại
Bảng 4.3 Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVAC trong chế 63
độ cực đại
Bảng 4.4 Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng 63
HVAC trong chế độ cực đại
Bảng 4.5 Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng 65
HVDC trong chế độ cực đại
Bảng 4.6 Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVDC trong chế 66
độ cực đại
Bảng 4.7 Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng 67
HVDC trong chế độ cực đại
Bảng 4.8 Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng 68
HVAC trong chế độ cực tiểu
Bảng 4.9 Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVAC trong chế 69
độ cực tiểu
Bảng 4.10 Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng 70
HVAC trong chế độ cực tiểu
Bảng 4.11 Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng 71
HVDC trong chế độ cực tiểu
Bảng 4.12 Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVDC trong chế 72
độ cực tiểu
Bảng 4.13 Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi không sử 73
dụng HVDC trong chế độ cực tiểu
So sánh tổn thất công suất và điện áp rơi trong chế độ
Bảng 4.14 74
cực đại
So sánh tổn thất công suất và điện áp rơi trong chế độ
Bảng 4.15 75
cực tiểu
viii
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển của khoa học – kỹ thuật thì hiện nay công nghệ
truyền điện năng cũng có những bước tiến đột phá lớn về kỹ thuật. Nhờ sự áp
dụng kỹ thuật điện tử công suất vào việc truyền tải điện năng nên đã tạo ra
những thiết bị mới, công nghệ mới để hỗ trợ cho hệ thống truyền tải điện. Một
trong những công nghệ mới đã và đang triển khai trên toàn thế giới hiện nay là
công nghệ truyền tải điện một chiều HVDC. Công nghệ này có rất nhiều quốc
gia sử dụng để truyền tải điện năng đi xa và đem lại một sự hiệu quả về kinh tế.
Hiện nay, Việt Nam đang tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu đi sâu vào công nghệ
này.
Chính vì thế đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu hệ thống truyền tải điện cao áp
một chiều HVDC” được thực hiện nhằm tìm hiểu về hệ thống HVDC và một số
quốc gia đã sử dụng công nghệ này
2. Mục đích của đề tài
Nhằm trau dồi kiến thức đã học và kỹ năng tìm hiểu để có cái nhìn tổng
thể về một hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều, một công nghệ của tương
lai. Từ đó đi tìm hiểu một số hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều của đất
nước Ấn Độ.
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của một hệ thống truyền
tải điện cao áp một chiều HVDC
- Phạm vi nghiên cứu:
Phạm vi nghiên cứu là hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều nói
chung và một số hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều lớn của đất nước Ấn
Độ.
ix
4. Phương pháp nghiên cứu khoa học
Để có thể nghiên cứu được đề tài thì chúng em đã sử dụng phương pháp
tìm kiếm, đọc dịch và tổng hợp lý thuyết từ nhiều tài liệu, để có thể khai thác
được những đặc điểm và nắm bắt rõ hơn các vấn đề quan trọng trong một hệ
thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Giúp cho sinh viên ngành điện tự động Công Nghiệp em hiểu thêm về
đường dây truyền tải điện. Giúp củng cố thêm kiến thức và kĩ năng làm việc
nhóm, kĩ năng phân tích nguyên lý, là hành trang và kinh nghiệm quý báu cho
em khi bước ra ngoài cuộc sống. Giúp em có một nền tảng vững vàng để khi ra
trường có tư duy, kỹ năng làm việc toàn diện nhất.
.
x
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG HVDC
1.1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống
HVDC có lịch sử phát triển lâu dài khi Thomas Edison (1847-1931) phát
minh ra dòng điện một chiều, hệ thống truyền tải điện đầu tiên được gọi là hệ
thống dòng điện một chiều. Ở điện áp thấp, công suất truyền tải điện một chiều
không thể đi quá xa. Vào đầu thế kỷ XX, với sự phát triển không ngừng của
công nghệ máy biến áp cùng với động cơ cảm ứng, truyền tải điện xoay chiều
ngày càng phổ biến và trở thành lựa chọn số 1 của các quốc gia. Năm 1929, đội
ngũ kỹ sư của Công ty ASEA của Thụy Điển đã nghiên cứu và phát triển hệ
thống Valve hồ quang thủy ngân điều khiển mạng lưới đa điện cực để sử dụng
trong truyền tải điện một chiều có công suất và điện áp cao. Những thí nghiệm
đầu tiên được tiến hành tại Mỹ và Thụy Điển năm 1930 với mục đích kiểm tra
hoạt động của Valve hồ quang thủy ngân trong quá trình chuyển đổi chiều
truyền tải cũng như thay đổi tần số. Sau chiến tranh thế giới thứ 2, nhu cầu
điện năng trên toàn cầu tăng cao đã kích thích sự nghiên cứu truyền tải điện
một chiều, khi truyền tải công suất đi xa hoặc nếu bắt buộc phải sử dụng đường
cáp ngầm. Năm 1950, đường dây truyền tải một chiều bắt đầu tiến hành thử
nghiệm điện áp 200 Kv với chiều dài 116 km đưa vào vận hành để tải điện từ
Moscow đi Kasira. Đường dây HVDC đầu tiên được đưa vào vận hành thương
mại vào năm 1954 trên Thụy Điển với công suất 20 MW, chiều dài 98 km, điện
áp 100 kV sử dụng cáp ngầm vượt biển kết nối giữa đất liền và đảo Gotland.
Đến năm 1960, hệ thống Valve thể rắn đã trở thành hiện thực khi được
Thyristor ứng đưa vào truyền tải điện một chiều. Năm 1972, Valves thể rắn đã
được ứng dụng lần đầu tiên tại trạm Back to Back Eel River công suất 320
MW ở Canada với điện áp 80 kV.
Ngày nay, công nghệ truyền tải HVDC là một phần không thể thiếu đối
với hệ thống điện của nhiều quốc gia trên thế giới. Truyền tải HDVC luôn luôn
1
được xem xét trong trường hợp phải tải lượng công suất lớn đi khoảng cách xa,
kết nối giữa những hệ thống điện không đồng bộ hoặc xây dựng đường cáp
điện vượt biển. Khi công suất đủ lớn và khoảng cách đủ xa, HVDC sẽ chiếm
ưu thế lớn về chi phí đầu tư và tổn thất truyền tải điện năng so với dòng điện
xoay chiều 3 pha truyền thống. Dựa vào thống kê của các nhóm nghiên cứu,
hiện nay có khoảng 239 dự án HVDC đã và đang trong quá trình triển khai xây
dựng trong đó có 173 hệ thống tải điện HVDC 56 trạm Back to Back. Điện áp
một chiều cao nhất thuộc về dự án Xinjiang - Anhui tại Trung Quốc lên tới
1.100 kV, công suất tải 12 GW chiều dài truyền tải 3.293 km. Trong khi ở châu
Âu đưa cấp điện áp một chiều lớn nhất là 525 kV trở thành tiêu chuẩn thì một
số khu vực khác có xu hướng sử dụng điện áp cao hơn chẳng hạn như: châu Á
800-1.100 kV, Bắc Mỹ 600 kV, Nam Mỹ 600 kV... Vấn đề về kỹ thuật và kinh
tế được cho là lý do chính dẫn đến việc lựa chọn hệ thống HVDC để thay thế
cho việc sử dụng hệ thống xoay chiều (AC).
Về lý do kỹ thuật: Hệ thống HVDC có thể sử dụng để trao đổi công suất
giữa các hệ thống điện khác nhau về tần số, điều độ vận hành, nó cũng có thể
liên kết giữa hệ thống điện mạnh và hệ thống điện yếu hơn nhiều mà không
làm ảnh hưởng đến nhau. Đường dây HVDC không có công suất phản kháng,
chỉ truyền tải công suất tác dụng, do đó không gặp các vấn đề về quá tải điện
áp trên đường dây dài đối với hệ thống AC. Những đường cáp biển có chiều
dài trên 50 km mà truyền tải bằng đường cáp AC sẽ gặp rào cản lớn về mức ổn
định điện áp, tính khả thi cũng không cao. Trong khi đó cáp HVDC có thể
truyền tải điện năng hàng trăm km. Hệ thống HVDC có khả năng tăng độ ổn
định hệ thống điện và cách ly sự cố rã lưới. Sự cố rã lưới năm 2003 ở Bắc Mỹ
là ví dụ điển hình, nó đã dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng, gây mất điện trên
phạm vi rộng và chỉ dừng lại khi gặp đường dây DC liên kết với Canada.
Nhiều hệ thống HVDC có thể phát ra công suất phản kháng độc lập với công
suất tác dụng, do đó có tác dụng như nguồn áp, có thể cấp điện cục bộ cho hệ
thống điện nhỏ, tăng tính ổn định cho hệ thống điện.
2
Về lý do kinh tế: các nghiên cứu cho thấy rằng, suất đầu tư cho đường
dây truyền tải DC thấp hơn AC vì thiết kế cột của đường dây DC gọn nhẹ hơn
là đường dây AC. Khi tính toán kinh tế đối với các dự án truyền tải trên toàn
cầu, suất đầu tư cho đường dây điện DC chỉ bằng 0,8 lần đường dây điện AC
cùng mức điện áp, số mạch. Do thiết kế cột gọn nhẹ và đơn giản hơn, số mạch
cũng ít hơn và ảnh hưởng của điện trường tĩnh đối với sức khỏe con người
tương tự như từ trường của trái đất và không cần phải tính toán kỹ lưỡng như
đường dây AC, do đó nên hành lang tuyến của đường dây DC nhỏ gọn hơn
AC, tổn thất công suất trên đường dây truyền tải của hệ thống DC thấp hơn AC
cùng điện áp, chi phí cho giải phóng mặt bằng cũng như đền bù sẽ thấp hơn.
Dựa trên tính toán lý thuyết, tổn thất công suất trên đường dây DC chỉ bằng
80% đường dây AC khi truyền tải cùng công suất và khoảng cách. Điều này là
lý do dẫn đến chi phí tổn thất điện năng của hệ thống HVDC thấp hơn so với
hệ thống HVAC. Chi phí xây dựng cho trạm chuyển đổi DC-AC và AC-DC
cao hơn rất nhiều so với chi phí đầu tư cho trạm biến áp AC, chi phí đó cần
được bù đắp bởi chi phí giảm được tổn thất điện năng và của đường dây DC.
Khoảng cách càng dài thì truyền tải DC càng có lợi, từ đó hình thành một điểm
cân bằng, ở đó 2 hệ thống AC và DC có chi phí tương đương. Điểm cân bằng
đó thường được tính toán theo chiều dài và có khoảng cách khoảng lên tới vài
trăm km. Đối với hệ thống HVDC dùng cáp vượt biển thì khoảng cách điểm
cân bằng ngắn hơn nhiều với đường dây trên không.
1.1.2 Tiềm năng của hệ thống HVDC
Hiện nay miền Bắc và miền Nam là 2 trung tâm phụ tải quan trọng trong
hệ thống điều độ điện quốc gia với công suất đỉnh trong năm 2020 đạt khoảng
18,3 GW và 17,8GW. Trong tương lai 2 vùng này dư báo sẽ tiếp tục tăng trưởng
và vẫn là 2 trọng tâm phụ tải của cả nước. Các vùng còn lại thuộc miền Trung có
phụ tải khá thấp, chiếm khoảng 18% vào năm 2020 và khoảng 16% vào năm
2045. Tuy nhiên, nơi đây lại là những khu vực có tiền năng phát triển các nguồn
năng lượng tái tạo cao như điện gió trên bờ, điện mặt trời và điện gió ngoài khơi.
3