Đồ án tốt nghiệp nguyễn minh ngọc

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 HVDC-VSC TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN TRÊN PHẦN MỀN PSS/E

Giảng viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện:
Ngành :
Chuyên ngành :
Lớp :
Khoá :

TS. NGUYỄN ĐĂNG TOẢN
NGUYỄN MINH NGỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
D5H1
2010-2015

Hà Nội, tháng 1 năm 2015


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 HVDC-VSC TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN TRÊN PHẦN MỀN PSS/E

Giảng viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện:
Ngành :
Chuyên ngành :
Lớp :
Khoá :

TS. NGUYỄN ĐĂNG TOẢN
NGUYỄN MINH NGỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
D5H1
2010-2015

Hà Nội, tháng 1 năm 2015


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

LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình hiện đại hóa và công nghiệp hóa đất nước ngày này, hệ thống
điện là mạch máu của quốc gia. Với sự gia tăng của các loại hình phụ tải khác nhau
cùng công suất của nó rất cần một công cụ hữu hiệu trong truyền tải điện và đảm bảo
sự tin cậy cung cấp điện. Một trong số công nghệ đó chính là công nghệ truyền tải điện
một chiều HVDC (high voltage direct control). Đây là loại công nghệ mới phát triển

dựa trên những tiến bộ của ngành điện tử công suất. Công nghệ HVDC này vẫn chưa
được ứng dụng ở Việt Nam.
Do vậy để tài nghiên cứu “Mô phỏng truyền tải HVDC-CSC và HVDC-VSC
trong hệ thống điện trên phần mềm PSS/E” ra đời để đáp ứng những yêu cầu cho công
tác nghiên cứu và tiến tới việc áp dụng truyền tải điện một chiều ở Việt Nam chúng ta.
Đề tài nghiên cứu này nhằm tìm hiểu sâu hơn ảnh hưởng của 2 loại công nghệ truyền
tải điện một đó là HVDC-CSC và HVDC- VSC . Cả 2 loại công nghệ này đã và vẫn
đang được triển khai ở rất nhiều dự án truyền tải điện lớn nhỏ trên thế giới.
Với khoảng thời gian ngắn, tác giả đã đi vào tìm hiểu hệ thống điện một chiều
trên thế giới, các mô hình kết nối, các phương thức điều khiển hệ thống điện một
chiều. Các kết quả mô phỏng đã được thực hiện bằng chương trình PSS/E đối với lưới
điện 2 nguồn của Praha Kundur. Các kết quả có thể được ứng dụng cho các hệ thống
điện lớn hơn, hoặc nghiên cứu tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện
chính.
Bản đồ án gồm hai phần: Phần I tìm hiểu và mô phỏng hệ thống đường dây một
chiều, phần II là tính toán thiết kế cho một trạm biến áp treo.

Hà Nội 12/2014

Nguyễn Minh Ngọc

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

2


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

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm tác giả gặp phải nhiều khó khăn vướng
mắc như nguồn tài liệu, cách thức thực hiện, những khúc mắc gặp phải trong quá
trình mô phỏng… Do vậy qua đây nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới
Ts. Nguyễn Đăng Toản - khoa HTĐ đã tận tình hướng dẫn, động viên nhóm tác giả
trong xuất quá trình thực hiện đề tài. Nhóm tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ts.
Vũ Thị Thu Nga - Bộ môn VH & ĐKHTĐ đã hỗ trợ một số tài liệu hữu ích trong
quá trình NCKH của tác giả.
Và lời cuối cùng nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến những người thân trong
gia đình nhóm tác giả vì đã luôn săn sóc động viên tạo động lực để nhóm tác giả thực
hiện tốt đề tài. Nhờ có những sự giúp đỡ quý báu trên mà đề tài mới có được như
hôm nay. Hy vọng đề tài sẽ là nguồn đóng góp tốt hơn vào công tác nghiên cứu và
giảng dạy trong ngành hệ thống điên cũng như trong sự phát triển của ngành công
nghiệp đất nước.

Hà Nội 12/2014

Nguyễn Minh Ngọc

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

3


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

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………….............................................................................
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………..……………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Hà nội, ngày tháng năm
GVDH

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

2


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

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

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

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

2


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

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................... 2
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................... 3
MỤC LỤC ........................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................ 7
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................ 11
KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT ............................................................. 13
PHẦN I MÔ PHỎNG TRUYỀN TẢI HVDC-CSC VÀ HVDC-VSC TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN PHẦN MỀN PSS/E .......................................................... 14

CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN TẢI HVDC
TRÊN THẾ GIỚI 15
1.1 LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO
ÁP HVDC 15
1.1.1 Buổi sơ khai của truyền tải điện 1 chiều HVDC ............................. 15
1.1.2 Sự phát triển của van chỉnh lưu ....................................................... 17
1.2

Những dự án ứng dụng truyền tải HVDC điển hình trên thế giới. ....... 19

1.3

Kết luận ................................................................................................. 21

CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ HVDC CSC ....................................................... 22
2.1

Sơ lược về HVDC CSC ........................................................................ 22

2.1.1 Cấu hình hệ thống HVDC CSC ....................................................... 22
2.1.2 Các kiểu liên kết chính .................................................................... 25
2.2

Điều khiển hệ thông HVDC CSC ......................................................... 27

2.2.1 Đặc tính điều khiển và các loại điều khiển...................................... 27
2.2.1.1 Đặc tính điều khiển. ............................................................... 27
2.2.1.2 Các loại điều khiển ................................................................. 29
Phân cấp điều khiển .................................................................................... 32
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

3


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

Hệ thống điều khiển kích thích bộ chuyển đổi ........................................... 33
2.3

Sóng hài ................................................................................................ 35

2.3.1 Sóng hài phía xoay chiều AC .......................................................... 35
2.3.2 Sóng hài phía một chiều DC ........................................................... 40
2.3.3 Bộ lọc tích cực.(Active filter).......................................................... 43
2.3.3.1 Bộ lọc tích cực phía xoay chiều ............................................. 43
2.3.3.2 Bộ lọc tích cực phía một chiều. .............................................. 45
2.4

Sự cố và bảo vệ ..................................................................................... 46

2.4.1 Các dạng sự cố đối với bộ chuyển đổi. ........................................... 46
2.4.1.1 Sập nghịch lưu (Commutation failure). ............................... 46
2.4.1.2 Phóng điện ngược (Arcback) ................................................. 48
2.4.2 Bảo vệ .............................................................................................. 48
2.4.2.1 Bảo vệ van ............................................................................... 48
2.4.2.2 Bảo vệ thông qua hệ thống điều khiển 1 chiều. ................... 53
2.5

Kết luận ................................................................................................. 56

CHƯƠNG 3. CÔNG NGHỆ HVDC -VSC ...................................................... 57
3.1

HVDC-VSC là gì? ................................................................................ 57

3.2

Cấu hình HVDC-VSC .......................................................................... 57

3.3

Khả năng truyền tải công suất............................................................... 61

3.4

Phương thức điều khiển HVDC –VSC ................................................. 63

3.5

Kết luận ................................................................................................. 67

CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG HVDC-CSC VÀ HVDC-VSC TRÊN HTĐ NHỎ
68
4.1

Mô phỏng HVDC- CSC ........................................................................ 68

4.1.1 Mô phỏng tĩnh ................................................................................. 68
4.1.2 Mô phỏng động. .............................................................................. 70
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

4


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

4.2

Mô phỏng HVDC –VSC. ...................................................................... 73

4.2.1 Mô phỏng tĩnh. ................................................................................ 73
4.2.2 Mô phỏng động. .............................................................................. 75
4.3

Kết quả mô phỏng ................................................................................. 75

4.3.1 Kết quả ............................................................................................ 75
4.3.2 Nhận xét .......................................................................................... 78
4.4

Kết luận ................................................................................................. 79

PHẦN II THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP TREO 320KVA-22/0,4KV ........... 80
CHƯƠNG 5. CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TRẠM

BIẾN ÁP
81
5.1

Chọn máy biến áp: ................................................................................ 81

5.2

Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp: .............................................................. 81

5.3

Kết luận ................................................................................................. 82

CHƯƠNG 6. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CỦA TRẠM BIẾN ÁP ... 83
6.1

Lựa chọn các thiết bị điện cao áp ......................................................... 83

6.2

Chọn các thiết bị điện hạ áp. ................................................................. 86

6.3

Kết luận ................................................................................................. 90

CHƯƠNG 7. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ ........ 91
7.1

Tính toán ngắn mạch............................................................................. 91

7.1.1 Tính toán ngắn mạch phía cao áp. ................................................... 92
7.1.2 Tính toán ngắn mạch phía hạ áp 0,4kV :......................................... 93
7.2

Kiểm tra các thiết bị, khí cụ điện đã chọn . .......................................... 95

7.3

Kết luận ................................................................................................. 97

CHƯƠNG 8. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP ...................... 98
8.1

Điện trở nối đất của thanh ..................................................................... 98

8.2

Điện trở nối đất của cọc ........................................................................ 98

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

5


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

8.3

Điện trở nối đất của hệ thống thanh cọc. .............................................. 99

8.4

Kết luận ............................................................................................... 100

PHỤ LỤC - 1: THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HTĐ 2 VÙNG, 4 MÁY PHÁT.
101
PHỤ LỤC - 2: THAM SỐ TĨNH VÀ ĐỘNG CỦA ĐƯỜNG DÂY HVDCCSC
102
PHỤ LỤC - 3: THAM SỐ TĨNH VÀ ĐỘNG CỦA ĐƯỜNG DÂY HVDCVSC
104
PHỤ LỤC - 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TĨNH ............................................. 107
PHỤ LỤC - 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG CÁC THÔNG SỐ ............. 110
PHỤ LỤC - 6: BẢN VẼ THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP ................................. 112
Tiếng Việt: ....................................................................................................... 113
Tiếng Anh: ....................................................................................................... 113

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

6


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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1-1: Từ trái sang: Thomas Edison – Nikola Tesla – George Westinghouse
..................................................................................................................................... 16
Hình 1-2: Hệ thống Thury .................................................................................. 17
Hình 1-3: Cấu tạo van hồ quang thủy ngân và bộ chỉnh lưu dùng van hồ quang
thủy ngân ..................................................................................................................... 18
Hình 1-4: Cấu tạo và mạch tương đương của Tiristo và IGBT .......................... 19
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. ........................................................................ 23
Hình 2-2: Đồ thị chi phí giá xây dựng hệ thống truyền tải điện 1 chiều và xoay
chiều............................................................................................................................. 23
Hình 2-3: Cấu hình cơ bản của hệ thống truyền tải HVDC (HVDC lưỡng cực)24
Hình 2-4: Liên kết HVDC đơn cực; ................................................................... 25
Hình 2-5: Liên kết HVDC lưỡng cực; ................................................................ 26
Hình 2-6: Liên kết đa trạm HVDC; a) Kiểu song song; b) Kiểu nối tiếp. .......... 26
Hình 2-7: Đặc tính điều khiển ............................................................................ 28
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. ................................................................ 30
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. ............. 31
Hình 2-10: Đặc tính V-I với dòng điện phụ thuộc vào điện áp. ......................... 32
Hình 2-11: Sơ đồ khối về phân cấp điều khiển trong liên kết HVDC ................ 33
Hình 2-12: Nguyên lý cơ bản của bộ điều khiển dao động khóa pha (phaselocked oscillator) ......................................................................................................... 34
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). ............................................................................................................ 36
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

7


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

Hình 2-14: Dạng dòng điện pha A khi có xét đến hiện tượng trùng dẫn. .......... 37
Hình 2-15: Thành phần sóng hài bậc 11 của cầu 12 xung theo góc trùng dẫn ... 38
Hình 2-16: Bộ lọc cộng hưởng đơn và tổng trở theo tần số ............................... 39
Hình 2-17: a) Hai bộ lọc cộng hưởng đơn; b) Bộ lọc cộng hưởng kép .............. 39
Hình 2-18: Mạch lọc thông cao và tổng trở của bộ lọc thông cao theo tần số ... 40
Hình 2-19: Thành phần các bộ lọc của bộ chuyển đổi 12 xung ......................... 40
Hình 2-20: Sóng hài điện áp 1 chiều bậc 6 của cầu 6 xung theo góc trùng dẫn . 41
Hình 2-21: Dạng sóng điện áp một chiều trong trường hợp bộ chuyển đổi cầu 6
xung và cầu 12 xung .................................................................................................... 42
Hình 2-22: Bộ lọc phía DC được trạm chỉnh và nghịch lưu của Dự án HVDCSardinia (Italia) nối từ đất liền ra đảo .......................................................................... 43
Hình 2-23: Bộ lọc tích cực song song................................................................. 44
Hình 2-24: Bộ lọc tích cực nối tiếp..................................................................... 44
Hình 2-25: Bộ lọc tích cực sử dụng bộ lọc kép .................................................. 45
Hình 2-26: Bộ lọc tích cực phía một chiều ......................................................... 45
Hình 2-27: Hiện tượng sập nghịch lưu trong quá trình chuyển mạch từ van 1 tới
van 3 ............................................................................................................................ 47
Hình 2-28: Quá trình sập nghịch lưu và điện áp 1 chiều của HT DC. ............... 47
Hình 2-29: Mạch van tiristo ................................................................................ 49
Hình 2-30: Cấu trúc của van HVDC ở hệ thống HVDC Cheju – Haenam (Hàn
Quốc) ........................................................................................................................... 51
Hình 2-31: Hệ thống chống sét van dùng để bảo vệ cho các van và cực ........... 51
Hình 2-32: Khả năng quá tải của van tirito......................................................... 52

Hình 2-33: Bảo vệ quá dòng đối với trạm chuyển đổi 12 xung ......................... 52
Hình 2-34: Điện áp trên đường dây 1 chiều: 1) Lúc bình thường; 2) Lúc sự duy
trì; 3) Khi xóa sự cố. .................................................................................................... 54
Hình 3-1: Cấu hình đơn giản của đường dây HVDC-VSC ................................ 57
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

8


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

Hình 3-2: Cấu hình bộ biến đổi HDVC-VSC, a)Hai cấp, b) Ba cấp .................. 58
Hình 3-3: a) Cấu hình bộ biến đổi đa cấp mô đun; b) Mô đun con. ................... 59
Hình 3-4: Bộ lọc thông cao bậc 2 và bậc 3 ......................................................... 60
3-5: Cáp biển 1 chiều cho HVDC-VSC .............................................................. 60
Hình 3-6: Nguyên lý của phương pháp điều chê độ rộng xung hình sin ............ 61
Hình 3-7: Giản đồ của bộ biến đổi kết lối qua lưới xoay chiều .......................... 62
Hình 3-8: Đường cong giới hạn công suất với 3 cấp điện áp AC: 0,9; 1; 1,1. ... 63
3-9: Cấu trúc điều khiển của HVDC-VSC. ........................................................ 64
Hình 3-10 Điều khiển trực tiếp chỉ số điều biến M và góc pha δ được. ............. 64
Hình 3-11: Điều khiển vectơtheo các thành phần dòng điện trục d,q ................ 65
Hình 3-12: Sơ đồ các cấp điều khiển trong cấu hình HVDC-VSC .................... 65
Hình 3-13: Mô hình cụ thể điều khiển vec tơ. .................................................... 66
Hình 4-1: Hệ thống 2 vùng liên kết của P. Kundur ............................................ 68
Hình 4-2: Hệ thống liên kết 2 vùng với được dây HVDC lưỡng cực trên PSS/E
..................................................................................................................................... 69
Hình 4-3: Sơ đồ mô phỏng động liên kết DC với điểm sự cố tại đường 8- 9. ... 70

Hình 4-4: Sơ đồ khối bố trí điều khiển của mô hình CDC4. .............................. 71
Hình 4-5: Sự tái khởi động của áp và dòng DC sau quá trình khóa cầu chuyển
đổi. ............................................................................................................................... 71
Hình 4-6: Sự tái khởi động của áp và dòng DC sau quá trình nối tắt cầu chuyển
đổi. ............................................................................................................................... 72
Hình 4-7: Quá trình giới hạn dòng điện phụ thuộc vào điện áp. ........................ 72
Hình 4-8: Mô hình VSC trên PSS/E. .................................................................. 73
Hình 4-9: Đặc tính P-Q của HVDC Light. ......................................................... 73
Hình 4-10: Thông số của bộ M3 – HVDC Light điện áp ±80 KV. .................... 74
Hình 4-11: Mô hình VSCDCT cho liên kết VSC trên phần mềm PSS/E ........... 75
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

9


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

Hình 4-12: Điện áp nút 7 – hệ đợn vị tương đối. ................................................ 76
Hình 4-13: Tần số nút 3 với 3 trường hợp mô phỏng ở trên. ............................. 76
Hình 4-14: Công suất tác dụng của tải thay đổi theo sự cố tại nút 9. ................. 77
Hình 4-15: Công suất tác dụng của máy phát 4 đối với 3 trường hợp trong mô
phỏng ........................................................................................................................... 77
Hình 5-1 Sơ đồ nguyên lý trạm treo 315kVA-22/0,4kV ...................................... 81
Hình 7-1 Sơ đồ vị trí điểm ngắn mạch ................................................................ 91
Hình 8-1 Sơ đồ mặt bằng và mặt cắt hệ thống nối đất TBA ............................... 99

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. ........................................................................... 107
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. .................................................................. 108
Hình PL 3: Dòng công suất và điện áp của mô phỏng tĩnh đối với trường hợp có
liên kết HVDC-VSC ± 80 kV .................................................................................... 109
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) .................................................... 110
Hình PL 5: Công suât phản kháng nút 9. .......................................................... 110
Hình PL 6: Công suất tác dụng trên đường dây 7-8 mạch 3. ........................... 111
Hình PL 7: Công suất tác dụng trên đường dây 8-9 mạch 3. ........................... 111

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

10


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

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1: Các dự án truyền tải điện một chiều điển hình trên thế giới .............. 20
Bảng 5-1 : Thông số MBA trạm treo. ................................................................. 81
Bảng 6-1 Thông số cầu dao phụ tải ................................................................... 84
Bảng 6-2 Thông số chống sét van ....................................................................... 84
Bảng 6-3 Thông số cầu chì tự rơi ....................................................................... 85
Bảng 6-4 Thông số sứ cao thế ............................................................................ 86
Bảng 6-5 Thông số cáp hạ thế 0,4 kV ................................................................. 87

Bảng 6-6 Thông số aptomat tổng ........................................................................ 87
Bảng 6-7 Thông số aptomat nhánh ..................................................................... 88
Bảng 6-8 Thông số thanh cái hạ áp ................................................................... 88
Bảng 6-9 Thông số máy biến dòng ..................................................................... 89
Bảng 6-10 Thông số sứ đỡ thanh cái .................................................................. 89
Bảng 6-11 Các thiết bị đo đếm ........................................................................... 89
Bảng 6-12 Thông số cáp điện đầu ra.................................................................. 90

Bảng PL 1: Thông số máy phát điện.

101

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

101

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

102

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

102

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

103

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

104

Bảng PL 7: Tham số tĩnh tại thẻ “converters” của liên kết VSC trong PSS/E. 104
Bảng PL 8: Tham số MBA được lựa chọn cho bộ VSC.
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

104

11


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

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

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

105

12


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

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 Minh Ngọc

13


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

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

GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

14


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

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 Minh Ngọc

15


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

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 Minh Ngọc

16


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

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 chỉnh lưu
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 Minh Ngọc

17


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

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 Minh Ngọc

18


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

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 HVDCVSC. Có một điều đặc biệt là dự án truyền tải điện một chiều cao áp của cả 2 loại
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

19


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

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
Chiều
dài
(km)

STT

Châu
lục

1

Âu

96

2

Phi

3

Mỹ

1420
785805

4

Mỹ

5

Á

6
7

Á
Âu

8

Úc

9

Mỹ

10

Mỹ

11

Âu

12

Âu

Năm đưa
vào vận
hành

Công
suất
MW)

Điện
áp

(kV)

Gotland

1954

20

100

Đơn cực

Cahora Bassa

1977-79

1920

±533

Lưỡng cực

1984-87

6300

±600

Lưỡng cực

1990-92

2000

±450

Lưỡng cực

2002

300

300

Đơn cực

2010
1999

6400
50

±800
±80

Lưỡng cực
Lưỡng cực

2002

220

±150

Lưỡng cực

2000

36

±15,9

Lưỡng cực

2010

400

±200

Lưỡng cực

2013

800

±300

Lưỡng cực

2015

700

±300

Lưỡng cực

Dự án

Itaipu1, Itaipu2
Québec và New
1480
England
HVDC Thái Lan và
110
Ma-lai-xi-a
Hướng Gia Bá –
1980
Thượng Hải
70
Gotland HVDC Light
Murray Link- HVDC
180
Light
Lưng - Eagle Pass - HVDC
lưng
Light
Trans Bay Cable88
HVDC Plus

BorWin2HVDC
200
Plus
NordBalt - HVDC
400
Light

Loại liên
kết

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.
GVHD: TS. Nguyễn Đăng Toản

SVTH: Nguyễn Minh Ngọc

20


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

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
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
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 Minh Ngọc

21