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

1




TỔNG QUAN VỀ LUẬN ÁN
Đặt 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

2




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

3




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.
Điểm 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.






4




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

5




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

3

Basslink

2011

500

400

360

Úc

4

Norned

2011

600

500

580

Na Uy
-

Hà
Lan

5

Three Gorges
-
Shanghai

2012

3000

500

900

Trung Qu
ốc

B

Đang v
ận h
àng

1

Van
couver 01

1968

312

260

74

Canada

2

Volgograd
-
D

onbass

1962

720

400

470

Nga

3

Sakuma

1965/1993

300

2x125

B
-
B

Nh
ật Bản

4

New Zealand Hybrid

1965/92

1240

+270/

-
350

612

New Zealand

5

Pacific Intertie

1970/84/89/02

3100

500

1361

M
ỹ

6

Nelson River 01

1973/93

1854

+463/
-
500

890

Canada

7

Gotland HVDC Light

1999

50

60

70

Thu
ỵ Điển

8

Van
couver 02

1977

370

280

74

Canada

9 Cahora-bassa 1978 1920 533 1420 Mocambique-
10

Inga
-
shaba

1982

560

500

1700

Zaire

11

Eddy Country

1983

200

82

B
-
B

M
ỹ

12

Chateauguay

1984

2x
500

2x140

B
-
B

Canada

13

Madawaska

1985

350

140

B
-
B

Canada

14

Miles city

1985

200

82

B
-
B

M

ỹ

15

Oklaunion

1985

220

82

B
-
B

M
ỹ

16

Cross channel bp 01+02

1986

2000

270

71

Pháp
-
Anh


6




17

Itaipu 01

1986

3150

600

796

Brazil

18

Itaipu 02

1987

3150

600

796

Brazil

19

Virginia smith

1987

200

50

B
-
B

M
ỹ

20

Fenno
-

skan

1989

572

400

234

Ph
ần Lan
-
T.Đi
ển

21

Sileru
-
barsoor

1989

100

200

196

Ấn Độ

22

Rihand
-
Delhi

1992

1500

500

814

Ấn Độ

23

Shin
-
Shinano 02

1992

300

125

B
-
B

Nh
ật Bản

24

Baltic Cable

1994

600

450

255

T.Đi
ển
-
Đ
ức

25
Kontek

1995
600 400 171

Đ.Mạch-Đức

26

Ưelsh

1995

600

162

B
-
B

M
ỹ

27

Chandrapur
-
Ramagundum

1997

1000

2x205

B
-
B

India

28

Haenam
-
cheju

1998

300

180

101

South Korea

29

Leyte
-
Luzon

1998

440

350

443

Philippines

30

Vizag 01

1998

500

205

B
-
B

Ấn Độ

31

Minami
-
Fukumitzu

1999

300

125

B
-
B

Nh
ật Bản

32

Kll channel

2000

1400

250

102

Nh
ật Bản

33

Swepollink

2000

600

450

230

T.Đi
ển
-
Ba Lan

34

Grita

2001

500

400

313

Hi L
ạp

-
Ý

35

Higashi
-
Shimizu

2001

300

125

B
-
B

Nh
ật Bản

36

Tian
-
guang

2001

1800

500

960

Trung Qu
ốc

37

Thailand
-
Malaysia

2001

600

300

110

TL
-
Malaysia

38

East

-
south
2003

2000

500

1400

Ấn Độ

39

Rapidcitytie

2003

2x100

13

B
-
B

M
ỹ

40

Three gorges Changzhou

2003

3000

500

890

Trung Qu
ốc

41

Gui
-
guang

2004

3000

500

936

Trung Qu
ốc

42
Three
-
Gorges
-
Guangdog

2004

3000
500 900
Trung Quốc

43

Lamar

2005

211

63

B
-
B

M
ỹ

44

Gotland ll
-
lll

1983/87

260

150

98

Thu
ỵ Điển

45

Quebec
-
new England

1986/90/92

2250

500

1500

Canada
-
M
ỹ

46

Garabi 01&02

2000/02

2000

70

B
-
B

Argentina
-
Brazil

47

Sasaram

2002

500

205

B
-
B

Ấn Độ

* 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

7




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.



8

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:
- Áp thuận và bị khóa
- Áp thuận và dẫn
- Áp ngược và khóa

Hình 1.4 Đặc tuyến Volt-Ampe của Thyristor
Các đặc tính của thyristor có thể nằm trong các trạng thái sau:

_
U
AK

i

+
_

4
3

2

I
G3
> I
G2
> I
G1
> 0

U
thmax

U
ngmax

U
AK

i
dt


9





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.
Trạng thái mở
Một vài thông số điện và nhiệt đặc trưng cho hoạt động của thyritor trong trạng
thái mở là:
- Điện áp ở trạng thái mở.
- Dòng trung bình ở trạng thái mở
ܫ
்஺௏

- Giá trị hiệu dụng ở trạng thái mở

ܫ
்ோெௌ

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

- Giá trị
׬
݅
ଶ
dt
- Dòng duy trì
ܫ
ு

- 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).

10




Chuyển trạng thái “mở”
Khi cực gate được kích giữa anode và cathode có một điện áp thuận lớn hơn
một mức ngưỡng thì trạng thái mở sẽ xuất hiện. Do ảnh hưởng của điện trở lớp mà chỉ
có những vùng thuộc cathode gần với cực gate nhất được tác động. Sự phát sinh ra
dòng điện cân bằng đi qua vùng cathode tiếp theo đó là sự lan truyền nhờ hiện tượng
dẫn plasma. Khi khu vực dẫn nhỏ, mức điện áp thiết bị đáng được quan tâm và sự phát
nhiệt cục bộ quá mức sẽ xuất hiện nếu tỷ lệ gia tăng dòng cao. Như vậy thyristor có
một giới hạn trên của giá trị hàm dòng di/dt, với các thyristor hiện đại thì giá trị này có
thể lên đến 500A/
ߤ
s. Cuộn kháng bão hòa mắc nối tiếp trong mạch được dùng để giới
hạn giá trị di/dt này.
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.



11










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

12




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,

13




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]:
S
T
= 1.047 . V
d0
. I
d

Trong đó:
I
d
- Dòng điện định mức qua biến đổi.
V
d0
- Điện áp DC định mức cực đại khi chưa có góc kính trễ.

14




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.

15




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

16




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

17




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.

18




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

19

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.

20




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
ܫ
௔௖
là dòng AC đi trong lõi chính,
ܫ
ௗ௖
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.

Hình1.12 Sơ đồ mạch lọc Hình1.13 Cuộn kháng
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.

21











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:



22




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.

23

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

24

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.

25




Sau đây các hình minh họa các kiểu truyền tải HVDC












Hình1.17 Các kiểu đấu nối truyền tải một chiều