Đồ án tốt nghiệp nguyễn đình lý

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MÔ PHỎNG TRUYỀN TẢI HVDC-CSC VÀ HVDCVSC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN PHẦN MỀM
PSS/E
Giảng viên hướng dẫn : TS. NGUYỄN ĐĂNG TOẢN
Sinh viên thực hiện:
Ngành :

HỆ THỐNG ĐIỆN

Chuyên ngành :
Lớp :
Khoá :

NGUYỄN ĐÌNH LÝ

HỆ THỐNG ĐIỆN

Đ5H4
2010-2015

Hà Nội, tháng 1 năm 2015
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý

LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, ngày này công nghệ truyền tải
điện cũng có những bước tiến lớn về kỹ thuật. Sự áp dụng của kỹ thuật điện tử công
suất vào lĩnh vực truyền tải điện đã tạo ra những thiết bị và công nghệ mới hỗ trợ đắc
lực cho hệ thống truyền tải điện. Một trong những loại công nghệ đó phải kể đến
công nghệ truyền tải điện một chiều HVDC. Đây là loại công nghệ mới và đang được
triển khai ở nhiều nơi trên thế giới. Nó bao gồm công nghệ truyền tải điện nguồn
dòng HVDC-CSC và công nghệ truyền tải điện nguồn áp HVDC-VSC. Chúng vẫn
chưa được giảng dạy và đi sâu nghiên cứu ở Việt Nam.
Chính vì thế đồ án tốt nghiệp “ Mô phỏng truyền tải HVDC-CSC và HVDCVSC trong hệ thống điện trên phần mềm PSS/E” được thực hiện nhằm đáp ứng một
phần vào yêu cầu trên. Đồ án gồm 2 phần:
Phần I: Mô phỏng truyền tải HVDC-CSC và HVDC-VSC trong hệ thống điện
trên phần mềm PSS/E.
Phần II: Thiết kế trạm biến áp treo 320 kVA-22/0,4 kV.
Trong quá trình thực hiên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong
nhận được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn. Hy vọng đồ án sẽ là một tài liệu
hữu ích cho công tác học tập và nghiên cứu ở trường Đại học Điện Lực cũng như ở
trong nước.

Người thực hiện:
Nguyễn Đình Lý

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đồ án này, tôi đã gặp không ít khó khăn. Qua đây tôi

xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Nguyễn Đăng Toản – giảng viên hướng
dẫn đã chỉ dẫn và giúp đỡ tôi trong suất quá trình thực hiện hiện đồ án. Tôi cũng xin
cảm ơn tới những người thân trong gia đình vì đã động viên và hỗ trợ chúng tôi để
hoàn thành tốt đồ án. Nhờ những sự hỗ trợ đắc lực trên mà đồ án này mới có thể hoàn
thành.
Lời cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy cô giáo trong suất 4 năm
học đã luôn tận tình giảng dạy và giúp đỡ để chúng tôi có được như ngày hôm nay.

Người thực hiện:
Nguyễn Đình Lý

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
……………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Hà Nội, ngày

tháng

năm

GVHD

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

……………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Hà Nội, ngày

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

tháng

năm

SVTH: Nguyễn Đình Lý

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................. 3
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. 4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN............................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH ..................................................16
KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ...........................................................21
PHẦN I: MÔ PHỎNG TRUYỀN TẢI HVDC-CSC VÀ HVDC- VSC
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN PHẦN MỀM PSS/E ...........................22
CHƯƠNG 1.
LỊCH SỬ VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN TẢI
HVDC TRÊN THẾ GIỚI .............................................................................. 1
1.1

Lịch sử của kỹ thuật truyền tải điện một chiều cao áp HVDC. ............ 1

1.1.1 Buổi sơ khai của truyền tải điện 1 chiều HVDC.............................. 1
1.1.2 Sự phát triển của van. ..................................................................... 3
1.2

Những dự án ứng dụng truyền tải HVDC điển hình trên thế giới......... 5

1.3

Kết luận chương 1............................................................................... 7

CHƯƠNG 2.
2.1

CÔNG NGHỆ HVDC-CSC ................................................ 9

Sơ lược về HVDC CSC ...................................................................... 9

2.1.1 Cấu hình hệ thống HVDC CSC. ..................................................... 9
2.1.2 Các kiểu liên kết chính. ................................................................ 12
2.2

Điều khiển hệ thông HVDC CSC ...................................................... 14

2.2.1 Đặc tính điều khiển và các loại điều khiển. ................................... 14
2.2.1.1 Đặc tính điều khiển. ............................................................... 14
2.2.1.2 Các loại điều khiển. ............................................................... 16
2.3

Sóng hài. ........................................................................................... 23

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


2.3.1 Sóng hài phía xoay chiều AC. ....................................................... 23
2.3.2 Sóng hài phía một chiều DC. ........................................................ 27
2.3.3 Bộ lọc tích cực.(Active filter). ...................................................... 30
2.3.3.1 Bộ lọc tích cực phía xoay chiều. ............................................ 30
2.3.3.2 Bộ lọc tích cực phía một chiều. .............................................. 32
2.4

Sự cố và bảo vệ ................................................................................. 33

2.4.1 Các dạng sự cố đối với bộ chuyển đổi........................................... 33
2.4.1.1 Sập nghịch lưu (Commutation failure). .................................. 33
2.4.1.2 Phóng điện ngược (Arcback). ................................................ 35
2.4.2 Bảo vệ. ......................................................................................... 35
2.4.2.1 Bảo vệ van. ............................................................................ 35
2.4.2.2 Bảo vệ thông qua hệ thống điều khiển 1 chiều. ...................... 40
2.5

Kết luận chương 2............................................................................. 44

CHƯƠNG 3.

CÔNG NGHỆ HVDC -VSC ..............................................45

3.1

HVDC-VSC là gì? ............................................................................ 45

3.2

Cấu hình HVDC-VSC....................................................................... 45

3.3

Khả năng truyền tải công suất ........................................................... 49

3.4

Phương thức điều khiển HVDC –VSC .............................................. 51

3.5

Kết luận chương 3............................................................................. 55

CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG HVDC-CSC VÀ HVDC-VSC TRÊN HTĐ
NHỎ
4.1

56

Mô phỏng HVDC- CSC. ................................................................... 56

4.1.1 Mô phỏng tĩnh. ............................................................................. 56
4.1.2 Mô phỏng động. ........................................................................... 58
4.2

Mô phỏng HVDC –VSC. .................................................................. 61

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


4.2.1 Mô phỏng tĩnh. ............................................................................. 61
4.2.2 Mô phỏng động. ........................................................................... 63
4.3

Kết quả mô phỏng. ............................................................................ 63

4.3.1 Kết quả. ........................................................................................ 63
4.3.2 Nhận xét. ...................................................................................... 66
4.4

Kết luận chương 4............................................................................. 67

PHẦN II: THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TREO 320kVA – 22/0,4 kV. .......68
CHƯƠNG 5.

GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP ........................................70

5.1

Lựa chọn máy biến áp. ...................................................................... 70

5.2

Giới thiệu trạm biến áp. .................................................................... 70

5.3

Kết luận chương 5............................................................................. 71

CHƯƠNG 6.

CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT ...72

6.1

Ý nghĩa của của việc nâng cao hệ số công suất. ................................ 72

6.2

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất. ........................................... 73

6.2.1 Bù cosφ tự nhiên. ......................................................................... 73
6.2.1.1 Thay các động cơ thường xuyên vận hành non tải bằng các
động cơ có công suất nhỏ hơn. ..................................................................... 73
6.2.1.2 Giảm điện áp ở các động cơ mang tải ít. ................................ 74
6.2.1.3 Hạn chế các động cơ không đồng bộ chạy không tải. ............. 74
6.2.1.4 Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ không đồng bộ. ......... 74
6.2.1.5 Thay và chuyển đổi các máy biến áp. ..................................... 74
6.2.2 Bù cosφ nhân tạo. ......................................................................... 75
6.2.2.1 Máy bù đồng bụ. .................................................................... 75
6.2.2.2 Tụ bù. .................................................................................... 75
6.3

Kết luận chương 6............................................................................. 75

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


CHƯƠNG 7.

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
CAO ÁP

76

7.1

Tính toán ngắn mạch phía cao áp. ..................................................... 76

7.2

Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện cao áp. ................................... 78

7.2.1 Lựa chọn chống sét van. ............................................................... 78
7.2.2 Lựa chọn cầu chì tự rơi. ................................................................ 78
7.2.3 Lựa chọn sứ đứng trung áp. .......................................................... 79
7.3

Kết luận chương 7............................................................................. 79

CHƯƠNG 8. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
HẠ ÁP
8.1

80

Tính toán ngắn mạch phía hạ áp. ....................................................... 80

8.1.1 Lựa chọn cáp ................................................................................ 80
8.1.2 Lựa chọn áp tô mát tổng. .............................................................. 81
8.1.3 Tính toán ngắn mạch .................................................................... 81
8.2

Lựa chọn và kiểm tra các thiết bị điện hạ áp...................................... 82

8.2.1 Lựa chọn thanh góp hạ áp. ............................................................ 82
8.2.2 Lựa chọn các thiêt bị đo đếm điện năng. ....................................... 84
8.2.3 Lựa chọn máy biến dòng BI. ......................................................... 84
8.2.4 Lựa chọn sứ đứng hạ áp. ............................................................... 85
8.3

Kết luận chương 8............................................................................. 85

CHƯƠNG 9.
9.1

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP .............87

Tính toán điện trở cọc và thanh. ........................................................ 88

9.1.1 Tính điện trở cọc. ......................................................................... 88
9.1.2 Tính điện trở thanh. ...................................................................... 89
9.2

Tính toán điện trở nối đất .................................................................. 89

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


9.3

Kết luận chương 9............................................................................. 90

PHỤ LỤC 2: THAM SỐ TĨNH VÀ ĐỘNG CỦA ĐƯỜNG DÂY HVDCCSC ................................................................................................................92
PHỤ LỤC 3: THAM SỐ TĨNH VÀ ĐỘNG CỦA ĐƯỜNG DÂY HVDCVSC ................................................................................................................94
PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TĨNH ..............................................96
PHỤ LỤC 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG CÁC THÔNG SỐ. ............99
PHỤ LỤC 6: BẢN VẼ TRẠM BIẾN ÁP VÀ HỆ THỐNG TIẾP ĐỊA ....101
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................103
Tiếng Việt: ...................................................................................................103
Tiếng Anh: ...................................................................................................103

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

Hình 1-1: Từ trái sang : Thomas Edison – Nikola Tesla – George Westinghouse ....... 2
Hình 1-2: Hệ thống Thury .......................................................................................... 3
Hình 1-3: Cấu tạo van hồ quang thủy ngân và bộ chỉnh lưu dùng van hồ quang thủy
ngân ........................................................................................................................... 4
Hình 1-4: Cấu tạo và mạch tương đương của Tiristo và IGBT ................................... 5
Hình 2-1: Hành lang tuyến và cấu trúc cột của các loại đường dây AC và DC cùng tải
1 lượng công suất 2000 MW. ..................................................................................... 9
Hình 2-2: Đồ thị chi phí giá xây dựng hệ thống truyền tải điện 1 chiều và xoay chiều.
................................................................................................................................ 10
Hình 2-3: Cấu hình cơ bản của hệ thống truyền tải HVDC (HVDC lưỡng cực)........ 11
Hình 2-4: Liên kết HVDC đơn cực .......................................................................... 12
Hình 2-5: Liên kết HVDC lưỡng cực ....................................................................... 13
Hình 2-6: Liên kết đa trạm HVDC; a) Kiểu song song; b) Kiểu nối tiếp. ................. 13

Hình 2-7: Đặc tính điều khiển. ................................................................................. 15
Hình 2-8: a) Đường đặc tính của bộ nghịch lưu ở chế độ điều khiển điện áp; b) Sự
không rõ ràng của điểm vận hành A; c) Điểm vận hành đã được xác định rõ ràng khi
chuyển sang chế độ điêu khiển điện áp. ................................................................... 17
Hình 2-9: a) Đặc tính ở chế độ điều khiển góc β ; b) Sự không rõ ràng của điểm làm
việc; c) sự rõ ràng điểm làm việc khi áp dụng chế độ điều khiển góc β. ................... 18
Hình 2-10: Đặc tính V-I với dòng điện phụ thuộc vào điện áp. ................................ 19
Hình 2-11: Sơ đồ khối về phân cấp điều khiển trong liên kết HVDC. ...................... 20
Hình 2-12: Nguyên lý cơ bản của bộ điều khiển dao động khóa pha (phase- locked
oscillator)................................................................................................................. 21

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


Hình 2-13: a) Dòng điện cầu 6 xung kết nối với MBA đấu Y-∆; b) Dòng điện cầu 6
xung kết nối với MBA đấu Y-Y; c) Dòng điện cầu 12 xung là tổng của 2 dòng điện
trên (µ=0). ............................................................................................................... 23
Hình 2-14: Dạng dòng điện pha A khi có xét đến hiện tượng trùng dẫn. .................. 24
Hình 2-15: Thành phần sóng hài bậc 11 của cầu 12 xung theo góc trùng dẫn. .......... 25
Hình 2-16: Bộ lọc cộng hưởng đơn và tổng trở theo tần số. ..................................... 26
Hình 2-17: a) Hai bộ lọc cộng hưởng đơn; b) Bộ lọc cộng hưởng kép. ..................... 26
Hình 2-18: Mạch lọc thông cao và tổng trở của bộ lọc thông cao theo tần số. .......... 27
Hình 2-19: Thành phần các bộ lọc của bộ chuyển đổi 12 xung. ................................ 27
Hình 2-20: Sóng hài điện áp 1 chiều bậc 6 của cầu 6 xung theo góc trùng dẫn. ........ 28
Hình 2-21: Dạng sóng điện áp một chiều trong trường hợp bộ chuyển đổi cầu 6 xung
và cầu 12 xung. ........................................................................................................ 29
Hình 2-22: Bộ lọc phía DC được trạm chỉnh và nghịch lưu của Dự án HVDCSardinia (Italia) nối từ đất liền ra đảo. ...................................................................... 30
Hình 2-23: Bộ lọc tích cực song song. ..................................................................... 31

Hình 2-24: Bộ lọc tích cực nối tiếp. ......................................................................... 31
Hình 2-25: Bộ lọc tích cực sử dụng bộ lọc kép. ........................................................ 32
Hình 2-26: Bộ lọc tích cực phía một chiều. .............................................................. 32
Hình 2-27: Hiện tượng sập nghịch lưu trong quá trình chuyển mạch từ van 1 tới van
3. ............................................................................................................................. 34
Hình 2-28: Quá trình sập nghịch lưu và điện áp 1 chiều của hệ thống DC. ............... 34
Hình 2-29: Mạch van tiristo. .................................................................................... 36
Hình 2-30: Cấu trúc của van HVDC ở hệ thống HVDC Cheju – Haenam (Hàn Quốc)
................................................................................................................................ 38
Hình 2-31: Hệ thống chống sét van dùng để bảo vệ cho các van và cực ................... 38
Hình 2-32: Khả năng quá tải của van tirito. .............................................................. 39
Hình 2-33: Bảo vệ quá dòng đối với trạm chuyển đổi 12 xung. ................................ 40
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


Hình 2-34: Điện áp trên đường dây 1 chiều: 1) Lúc bình thường; 2) Lúc sự duy trì; 3)
Khi xóa sự cố. .......................................................................................................... 41
Hình 3-1: Cấu hình đơn giản của đường dây HVDC-VSC ....................................... 45
Hình 3-2: Cấu hình bộ biến đổi HDVC-VSC, a)Hai cấp, b) Ba cấp.......................... 46
Hình 3-3: a) Cấu hình bộ biến đổi đa cấp mô đun; b) Mô đun con. .......................... 47
Hình 3-4: Bộ lọc thông cao bậc 2 và bậc 3. .............................................................. 48
3-5: Cáp biển 1 chiều cho HVDC-VSC. ................................................................... 48
Hình 3-6: Nguyên lý của phương pháp điều chê độ rộng xung hình sin.................... 49
3-7: Giản đồ của bộ biến đổi kết lối qua lưới xoay chiều.......................................... 50
Hình 3-8: Đường cong giới hạn công suất với 3 cấp điện áp AC: 0,9; 1; 1,1. ........... 51
3-9: Cấu trúc điều khiển của HVDC-VSC. ............................................................... 52
Hình 3-10 Điều khiển trực tiếp chỉ số điều biến M và góc pha δ được...................... 52
Hình 3-11: Điều khiển vectơtheo các thành phần dòng điện trục d,q ........................ 53

Hình 3-12: Sơ đồ các cấp điều khiển trong cấu hình HVDC-VSC ............................ 53
Hình 3-13: Mô hình cụ thể điều khiển vec tơ. .......................................................... 54
Hình 4-1: Hệ thống 2 vùng liên kết của P. Kundur. .................................................. 56
Hình 4-2: Hệ thống liên kết 2 vùng với được dây HVDC lưỡng cực trên PSS/E. ..... 57
Hình 4-3: Sơ đồ mô phỏng động liên kết DC với điểm sự cố tại đường 8- 9............. 58
Hình 4-4: Sơ đồ khối bố trí điều khiển của mô hình CDC4. ..................................... 59
Hình 4-5: Sự tái khởi động của áp và dòng DC sau quá trình khóa cầu chuyển đổi. . 59
Hình 4-6: Sự tái khởi động của áp và dòng DC sau quá trình nối tắt cầu chuyển đổi.60
Hình 4-7: Quá trình giới hạn dòng điện phụ thuộc vào điện áp................................. 60
Hình 4-8: Mô hình VSC trên PSS/E. ........................................................................ 61
Hình 4-9: Đặc tính P-Q của HVDC Light. ............................................................... 61
Hình 4-10: Thông số của bộ M3 – HVDC Light điện áp ±80 KV............................. 62
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


Hình 4-11: Mô hình VSCDCT cho liên kết VSC trên phần mềm PSS/E .................. 63
Hình 4-12: Điện áp nút 7 – hệ đợn vị tương đối. ...................................................... 64
Hình 4-13: Tần số nút 3 với 3 trường hợp mô phỏng ở trên...................................... 64
Hình 4-14: Công suất tác dụng của tải thay đổi theo sự cố tại nút 9.......................... 65
Hình 4-15: Công suất tác dụng của máy phát 4 đối với 3 trường hợp trong mô phỏng.
................................................................................................................................ 65
Hình 5-1: Sơ đồ một sợi của trạm biến áp 220/0,4 kV. ............................................. 71
Hình 7-1: Sơ đồ tính toán ngắn mạch phái cao áp. ................................................... 77
Hình 8-1: Sơ đồ tính toán ngắn mạch. ...................................................................... 81
Hình 9-1: Kết cấu hệ thống nối đất trạm biến áp. ..................................................... 87
Hình 9-2: Mạch vòng nối đất trạm biến áp. .............................................................. 88
Hình 9-3: Sơ đồ tính toán điện trở cọc. .................................................................... 88

Hình PL 1: Dòng công suât và điện áp của mô phỏng tĩnh đối với trường hợp chỉ có
liên kết HVAC giữa 2 vùng. .................................................................................... 96
Hình PL 2: Dòng công suất và điện áp của mô phỏng tĩnh đối với trường hợp có liên
kết HVDC-CSC lưỡng cực ± 80 kV. ........................................................................ 97
Hình PL 3: Dòng công suất và điện áp của mô phỏng tĩnh đối với trường hợp có liên
kết HVDC-VSC ± 80 kV ......................................................................................... 98
Hình PL 4: Công suất phản kháng nút 7 đối với trường hợp VSC ôn định gần như tực
thì sau khi loại bỏ sự cố ( đường màu đỏ) ................................................................ 99
Hình PL 5: Công suât phản kháng nút 9. .................................................................. 99
Hình PL 6: Công suất tác dụng trên đường dây 7-8 mạch 3.................................... 100
Hình PL 7: Công suất tác dụng trên đường dây 8-9 mạch 3.................................... 100

Bảng 1-1: Các dự án truyền tải điện một chiều điển hình trên thế giới ....................... 6
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


Bảng 5-1: Thông số của MBA. ................................................................................ 70
Bảng 7-1: Thông số chống sét van. .......................................................................... 78
Bảng 7-2: Thông số cầu chì tự rơi. ........................................................................... 78
Bảng 7-3: Kết quả kiểm tra cầu chì tự rơi................................................................. 78
Bảng 7-4: Các thông số của sứ trung áp. .................................................................. 79
Bảng 8-1: Thông số của cáp PVC được lựa chọn. .................................................... 80
Bảng 8-2: Thông số của áp tô mát NS600E. ............................................................. 81
Bảng 8-3: Kết quả kiểm tra thanh góp. ..................................................................... 83
Bảng 8-4: Tham số của các thiết bị đo đếm điện năng. ............................................. 84
Bảng 8-5: Các thông số của máy biên dòng BD11/1. ............................................... 84
Bảng 8-6: Thông số của sứ đứng hạ áp. ................................................................... 85

Bảng PL 1: Thông số máy phát điện.

91

Bảng PL 2: Thông số tải và kháng nut 7 và nút 9.

91

Bảng PL 3: Tham số tĩnh tại thẻ “Lines” trong PSS/E.

92

Bảng PL 4: Tham số tĩnh tại thẻ “converters” trong PSS/E.

92

Bảng PL 5: Tham số động của mô hình CDC4T trong PSS/E.

93

Bảng PL 6: Tham số tĩnh tại thẻ “Lines” của liên kết VSC trong PSS/E.

94

Bảng PL 7: Tham số tĩnh tại thẻ “converters” của liên kết VSC trong PSS/E.

94

Bảng PL 8: Tham số MBA được lựa chọn cho bộ VSC.

94

Bảng PL 9: Tham số động của mô hình VSCDCT trên PSS/E.

95

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

AC: Alternative Current.
CC: Constant Current; Current control.
CEA: Constant Extinction Angle.
CIA: Constant Ignition Angle
DC: Dirrect Current.
FACTS: Flexible Alternating Current Transmission Systems.
GE: General Electric ( Company).
GTO: Gate Turn Off thyristor
HTĐ: Hệ thống điện.
HVDC-CSC: Current Source Converter – High Voltage Direct Current (CSCHVDC).
HVDC- VSC: Voltage Source Converter – Hight Voltage Direct Current (VSCHVDC).
IGBT: Insulated – Gate Bipolar Transitor.
MBA: Máy Biến Áp.
PSS/E: Power System Simulation For Engineering.
PWM: Pulse Width Modulation ( Điều chề độ rộng xung).
RoWs: Right of Way ( Hành lang tuyến).
VDCOL: Voltage - Dependent Current- Order Limit.

VSC: Voltage Source Converter

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


PHẦN I: MÔ PHỎNG TRUYỀN TẢI HVDC-CSC VÀ
HVDC- VSC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN PHẦN MỀM
PSS/E

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


1

CHƯƠNG 1.

LỊCH SỬ VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN
TẢI HVDC TRÊN THẾ GIỚI

1.1 Lịch sử của kỹ thuật truyền tải điện một chiều cao áp HVDC.
1.1.1 Buổi sơ khai của truyền tải điện 1 chiều HVDC.
Vào năm 1882 nhà phát minh nổi tiếng Thomas A. Edison đã đưa vào vận hành
trạn điện đầu tiên trên thế giới đặt ở đường Ngọc Trai (Pearl street), thành phố New
York, Mỹ. Nó cung cấp điện cho một vùng dân cư có bán kính 1,6 km bằng dòng
điện 1 chiều có điện áp 110 kV với đường dây đi ngầm trong lòng đất. Hệ thống được
cung cấp bởi một máy phát điện 1 chiều được làm quay bằng động cơ hơi nước. Một

vài năm sau đó việc lắp đặt các trạm điện tương tự được đưa vào vận hành ở các trục
đường chính của các thành phố lớn khác trên thế giới.
Vào năm 1831 Michael Faraday đã phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ mầm mống của dòng điện xoay chiều sau này.
Từ những phát hiện khoa học của Faraday và của Lenz thì vào những năm 1880
đến những năm 1890, các máy biến áp, động cơ điện xoay chiều và các mạch đa pha
lần lượt ra đời. Từ đó dẫn đến sự ra đời của truyền tải điện xoay chiều.
Máy biến áp có thể chuyển đổi điện áp ở các cấp khác nhau thích hợp cho mục
đích truyền tải. Nhờ máy biến áp mà việc truyền tải dòng điện đi xa với điện áp cao
và công suất lớn đã có thể thực hiện được trong điều kiện tổn thất thấp mà trước kia
chưa thể thực hiện được với hệ thống truyền tải 1 chiều.
Các động cơ và máy phát điện xoay chiều không cần vành góp như động cơ và
máy phát điện 1 chiều. Do đó nó có công suất lớn hơn và tốc độ cao hơn so với máy
điện 1 chiều. Các động cơ điện xoay chiều dần được sử dụng nhiều trong các ngành
công nghiệp và khu dân cư.
Hệ thống điện 3 pha cung cấp điện 1 cách tin cậy và cung cấp cho các phụ tải
quay lớn dùng điện 3 pha như động cơ điện xoay chiều 3 pha. Đồng thời việc sử dụng
điện xoay chiều ngày càng phổ biến.

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


2

Việc ra đời của máy biến áp, động cơ điện xoay chiều và mạch 3 pha với những
ưu điểm nổi bật so với hệ thống truyền tải điện 1 chiều đã đưa đến những cuộc tranh
cãi nảy lửa về việc lựa chọn nên sử dụng hệ thống nào trong 2 hệ thống trên để truyền
tải điện. Đại diện cho phe truyền tải điện 1 chiều là Thomas A. Edison và đại diện
bảo vệ cho truyền tải điện xoay chiều là Nikola Tesla cùng George Westinghouse.

Cuối cùng thì Tesla và Westinghouse đã thắng. Việc sử dụng điện xoay chiều đã
chiếm ưu thế.

Hình 1-1: Từ trái sang : Thomas Edison – Nikola Tesla – George
Westinghouse

Trong thời kỳ ban đầu của điện xoay chiều AC có một hệ thống điện 1 chiều rất
đáng chúng ý. Đó chính là hệ thống điện 1 chiều Thury do kỹ sư người Thụy Sĩ René
Thury. Điểm nổi bật của hệ thống điện này là nó là hệ thống bổ xung và tăng cường
cho hệ thống điện xoay chiều Hệ thống có cấu trúc như sau:
 Đầu gửi của hệ thống là các máy phát điện 1 chiều được mắc nối tiếp với
nhau. Chúng được làm quay bởi các tua bin nước.
 Đầu nhận của hệ thống là các động cơ điện 1 chiều được mắc nối tiếp với
nhau. Các động cơ điện 1 chiều này làm quay máy phát điện 1 chiều hoặc máy
phát điện xoay chiều từ đó cung cấp cho các phụ tải ở xung quanh.
Toàn bộ hệ thống được vận hành ở dòng điện không đổi.

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


3

Hình 1-2: Hệ thống Thury
Từ năm 1880 đến năm 1911 có 19 hẹ thống truyền tải điện Thury được lắp đặt ở
châu âu mà trong đó dự án truyền tải điện lớn nhất phải kể đến đó là dự án truyền tải
điện từ nhà máy thủy điện Muotier trên dãy An-pơ tới trung tâm phụ tải là thành phố
Lion, Pháp. Tổng chiều dài toàn tuyến 180 km, điện áp 57,6 kV và dòng điện là 75 A.
Truyền tải 1 lượng công suất 4,3 MW. Dự án này về sau có thêm một số nhà máy

điện kết nối vào và được phát triển lên công suất 19,3 MW và chiều dài đường dây là
225 km. Nó vận hành ổn định và tin cậy cùng với hệ thống xoay chiều. Đến năm
1937 thì bị dỡ bỏ do những nhược điểm của hệ thống 1 chiều khi kết nối một mạng
điện phức tạp có công suất lớn cũng như sự tiến bộ của hệ thống xoay chiều. Sau này
với sự phát triển của các bộ chuyển đổi AC/DC và DC/AC do sự ra đời và phát triển
của các van điện tử công suất đã dần dần đưa điện 1 chiều trở lại trong lĩnh vực
truyền tải.
1.1.2 Sự phát triển của van.
Các van điện tử công suất thế hệ đầu là các ống phóng điện tử chân không , ống
hơi và ống khí có cực ca – tốt phát xạ điện tử ở nhiệt độ cao, các ống phóng điện tử
hơi thủy ngân với catot vũng thủy ngân. Ngoài ra còn phải nói đến đó là Diode. Tất
cả các van này chỉ dùng làm bộ chỉnh lưu, không thể dùng trong nghịch lưu.

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


4

Về sau để các van dùng làm bộ nghịch lưu, người ta đã thêm vào các van này
các cực điều khiển để ngăn việc dẫn dòng cho dù điện thế của anot vẫn lớn hơn so với
ca tốt.
Năm 1906 cực điều khiển được thêm vào ống phóng điện tử chân không.
Năm 1928 được thêm vào van hơi thủy ngân
Năm 1930 được thêm vào van hồ quang thủy ngân với ca tốt chậu (Pool
cathode).Các van hồ quang thủy ngân về sau được sử dụng rộng rãi trong truyền tải
điện 1 chiều.

Hình 1-3: Cấu tạo van hồ quang thủy ngân và bộ chỉnh lưu dùng van hồ

quang thủy ngân
Năm 1939 U. Lamm phát minh ra hệ thống cực phân cấp (Grading electrodes).
Các cực này được đặt giữa anot và cực điều khiển giúp cải thiện sự đồng bộ của
gradient điện thế và làm tăng khả năng chịu điện áp ngược của van.
Việc phát triển van trong áp dụng trong lĩnh vực truyền tải điện đã được tiến
hành từ thế chiến thứ 2. Các nước đi đầu trong việc phát triển các van này chính là
Liên Xô và Thụy Điển. Xu hướng chính của các nhà khoa học Liên Xô là phát triển
các van đơn anot, về sau các can loại này ít được sử dụng. Đối với Thụy điển, việc
nghiên cứu phát triển van được thực hiện bởi hãng ASEA. Các van ASEA có đặc
điểm là van đa anot về sau được sử dụng rộng rãi.
Khoảng năm 1960 cực điều khiển đã được thêm vào diode bán dẫn dẫn tới sự ra
đời của các van tiristo. Lúc ban đầu các van tiristo chỉ chịu được dòng điện và công
suất thấp nhưng càng về sau thì càng tăng. Đến những năm 1970 nó đã được sử dụng
để thay thế cho các van hồ quang thủy ngân trong truyền tải HVDC.
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


5

Sau này ngành điện tử công suất càng phát triển hơn cho ra đời những van điều
khiển hoàn toàn như GTO và IGBT. Các van này có đặc điểm là có thể điều khiển cả
khi đóng và mở van mà các tiristo thì chỉ có thể điều khiển khi mơ van. Nhưng hiện
tại các van IGBT vẫn còn nhiều hạn chế như chỉ chịu được điện áp và công suất thấp,
việc điều khiển van trong các bộ chỉnh nghịch lưu tương đối phức tạp. Vào năm 1997
dự án truyền tải thử nghiệm bằng van IGBT đã được thực hiện. Về sau các dự án sử
dụng IGBT ngày càng nhiều, tuy công suất truyền tải tương đối thấp nhưng nó đang
tăng dần. Việc truyền tải sử dụng van IGBT đem lại tính ổn định và chất lượng điện
năng tốt hơn so với truyền tải sử dụng tiristo. Đến thời điểm hiện nay 2 loại van này

đang được sử dụng ở rất nhiều các dự án truyền tải điện năng trên thế giới mang lại
triển vọng ngày càng lớn cho truyền tải điện 1 chiều.

Hình 1-4: Cấu tạo và mạch tương đương của Tiristo và IGBT

1.2 Những dự án ứng dụng truyền tải HVDC điển hình trên thế giới.
Các dự án thử nghiệm truyền tải điện một chiều với van hồ quang thủy ngân
được thực hiện đầu tiên ở Mỹ bởi công ty điện GE ( General Electric company) được
thực hiện vào tháng 12 năm 1936 với đường dây truyền tải dài 27 km nối giữa nhà
máy thủy điện Mechanicville, tần số 40 Hz và nhà máy của GE ở Schenectady, tần số
60 Hz. Kể từ đó về sau các dự án thử nghiệm tiếp theo với van hồ quang thủy ngân
cho truyền tải HVDC được thực hiện ở Thụy Sỹ, Đức, Liên xô, Thụy Điển. Chúng đã
đặt nên móng cho việc đưa vào thương mại hóa hệ thống HVDC đầu tiên vào năm
1954 tại Thụy Điển. Điều này đã đánh dấu sự quay trở lại của truyền tải điện 1 chiều
trên thế giới sau nhiều thập kỷ vắng bóng.
Bảng 1-1 trình bày 12 dự án HVDC điển hình trên thế giới. 6 dự án đầu sử dụng
công nghệ cổ điển HVDC-CSC và 6 dự án còn lại sử dụng công nghệ mới HVDCGVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


6

VSC. Có một điều đặc biệt là dự án truyền tải điện một chiều cao áp của cả 2 loại
công nghệ đều bắt đầu thực hiện đối với đảo Gotland, Thụy Điển. Năm 1954 dự án
HVDC- CSC thương mại đầu tiên trên thế giới được đưa vào vận hành trên đảo vì lý
do kinh tế khi so sánh tương đương với các phương án được đề ra thì đến năm 1999
đường dây truyển tải HVDC- VSC thương mại đầu tiên được đưa vào vận hành. Nó
sử dụng công nghệ HVDC – Light của hãng ABB được chấp nhận vì nguyên nhân
môi trường (Sử dụng đường dây cáp ngầm) cũng như đảm bảo tính kỹ thuật ( Sự ổn

định điện áp) khi liên kết với nhà máy điện gió ở phía nam hòn đảo.
Bảng 1-1: Các dự án truyền tải điện một chiều điển hình trên thế giới

Châu
STT lục

Chiều
dài
(km)

Dự án

Công
Năm đưa suất
vào vận
hành
(MW)

Điện
áp
(kV)

Loại liên
kết

1

Âu

96

Gotland

1954

20

100

Đơn cực

2

Phi

Cahora Bassa

1977-79

1920

±533

Lưỡng cực

3

Mỹ

1420

785805

1984-87

6300

±600

Lưỡng cực

4

Mỹ

1480

1990-92

2000

±450

Lưỡng cực

5

Á

110

2002

300

300

Đơn cực

6

Á

1980

2010

6400

±800

Lưỡng cực

7

Âu

70

1999

50

±80

Lưỡng cực

8

Úc

2002

220

±150

Lưỡng cực

9

Mỹ

180
Lưng lưng

2000

36

±15,9 Lưỡng cực

10

Mỹ

88

2010

400

±200

Lưỡng cực

11

Âu

200

2013

800

±300

Lưỡng cực

12

Âu

400

Itaipu1, Itaipu2
Québec và New
England
HVDC Thái Lan và
Ma-lai-xi-a
Hướng Gia Bá –
Thượng Hải
Gotland HVDC
Light
Murray LinkHVDC Light
Eagle Pass - HVDC
Light
Trans Bay CableHVDC Plus
BorWin2- HVDC
Plus
NordBalt - HVDC
Light

2015

700

±300

Lưỡng cực

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


7

Dự án HVDC-CSC Thái Lan – Ma-lai-xi-a là một trong 2 dự án HVDC ở Đông
Nam Á. Dự án còn lại là dự án Leyte- Luzon của Phi-líp-pin với công suất truyền tải
lên đến 1000MW.
Hướng Gia Bá- Thượng Hải là dự án HVDC-CSC ở cấp điện áp cực cao áp với
công suât truyền tải rất lớn lên tới 6400 MW và trong tương lai sẽ lên tới 7200 MW.
Nó chính là xu hướng mới của công nghệ HVDC cổ điển – hướng tới cấp điện áp cao
hơn để truyền tải xa hơn với dung lượng truyền tải lớn hơn và giảm thiểu tổn thất.
Eagle Pass là dự án HVDC-VSC lưng - lưng (Back to back). Liên kết lưnglưng là liên kết mà đầu chỉnh lưu và nghịch lưu được đặt trên cùng một trạm điện.
Kiểu liên kết này giúp nối giữa 2 HTĐ nhỏ không đồng bộ giữa 2 bang của Mỹ và
Mê-hy-cô.
Trans Bay Cable- HVDC Plus là dự án truyền tải VSC đầu tiên sử dụng công
nghệ chuyển mạch đa cấp mô đun MMC ( Modular Multilevel converter). Đây cũng
là dự án HVDC-VSC thương mại hóa đầu tiên của Siemens. Đường dây VSC này
truyền tải điện cho thành phố San Francisco. Nó được áp dụng vì lý do tiết kiệm diện
tích đất vì sử dụng cáp ngầm đi trong lòng vịnh San Francisco.
BorWin2- HVDC Plus cũng là dự án của Siemens truyền tải gió ngoài khơi biển
Bắc của Đức vào đất liền. Nó nằm trong cụm 4 dự án lớn sử dụng công nghệ HVDC
truyền tải điện gió từ ngoài khơi vào lục địa mà Đức đang xây dựng (Bao gồm:
BorWin, DolWin1, HelWin, SylWin). So với các dự án HVDC- VSC thông thường
thì công suất truyền tải của dự án này là tương đối lớn lên đến 800 MW.
Cùng sự mở rộng của hệ thống đa trạm một chiều (Multi-terminal) chắc chắn
rằng lưới điện một chiều sẽ có những bước tiến vượt bậc trong tương lai.

1.3 Kết luận chương 1
Qua chương 1 chúng ta có thể thấy rằng công nghệ truyền tải điện một chiều
HVDC đã ra đời từ rất sớm, trước cả hệ thống điện xoay chiều hiện nay. Nhưng do sự
hạn chế của điện một chiều so với điện xoay chiều nên sau đó điện xoay chiều đã
phát triển hơn. Tuy nhiên sau những tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất trong việc
chế tạo van với công suất và điện áp ngày càng lớn. Kỹ thuật điện một chiều dần
quay trở lại trong lĩnh vực truyền tải điện. Với 2 loại công nghệ điển hình là công
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý


8

nghệ HVDC-CSC và công nghệ HVDC-VSC. Truyền tải điện một chiều đã và đang
được ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới.

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Đình Lý