(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ứng dụng hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC nhằm nâng cao khả năng truyền tải điện năng có xét đến sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VIẾT TRỊ

C
C

R
L
T.

NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG
BẰNG HỆ THỐNG HDVC CÓ XÉT ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN

DU

CỦA CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO
TRONG TƢƠNG LAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng, năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VIẾT TRỊ

C
C

NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG
BẰNG HỆ THỐNG HDVC CÓ XÉT ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN

R
L
T.

CỦA CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO
TRONG TƢƠNG LAI

DU

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. DƢƠNG MINH QUÂN

Đà Nẵng, năm 2020


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn
của TS. Dương Minh Quân. Các tài liệu, số liệu liên quan đã được công bố trước đây

của ngành điện của Việt Nam và một số tổ chức khoa học trên thế giới về hệ thống
năng lượng tái tạo và truyền tải điện một chiều HVDC đều được trích dẫn nguồn cụ
thể. Kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

C
C

DU

R
L
T.

Nguyễn Viết Trị


ii

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU
HVDC NHẰM NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG CÓ XÉT
ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC NGUỒN NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO
Học viên: Nguyễn Viết Trị Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8520201
Khóa: K37.KTĐ.KT. Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt: Nhiều nghiên cứu về việc nâng cấp hệ thống điện với mục tiêu chất lượng điện năng
và giảm sự tổn hao trên hệ thống đã được tiến hành và ứng dụng vào thực tế. Trong đó, truyền tải năng
lượng một chiều HVDC ngày càng được chú trọng nghiên cứu cho việc cung cấp năng lượng với công
suất truyền tải lớn, khoảng cách xa, và đặc biệt phù hợp ứng dụng với các hệ thống điện có sự xâm

nhập ngày càng sâu của năng lượng tái tạo. Số lượng các dự án HVDC (high voltage direct current)
trên toàn cầu đang dần tăng lên trong những năm gần đây phản ánh sự quan tâm đúng mức về công
nghệ này.
Với quy mô phát triển của hệ thống điện Việt Nam, quá trình nâng cấp hệ thống điện và ứng
dụng các cơng nghệ mới vào truyền tải điện năng đang dần nóng lên trong bối cảnh năng lượng gió và
mặt trời kết nối vào lưới ngày một nhiều và hệ thống truyền tải HVAC hiện nay khó có khả năng đáp
ứng được. Hơn nữa, khu vực Miền Trung – Tây Nguyên là cầu nối cho 2 Miền Bắc - Nam hệ thống
truyền tải lại càng mang tính chất trọng điểm và phải mang lượng điện năng truyền tải rất lớn. Điều
này làm cho hệ thống lưới truyền tải xuống cấp và cần được bảo dưỡng, thay thế.
Đề tài tiến hành ứng dụng mô phỏng một hệ thống truyền tải HVDC cho một lưới điện truyền
tải thực tế. Từ đó cho thấy các lợi ích mà hệ thống này mang lại, tạo một cơ sở tham khảo cho các dự
án thực tế.
Từ khóa: HVDC; HVAC; Năng lượng tái tạo; truyền tải; VSC.

C
C

R
L
T.

DU

APPLICATION OF HIGH-VOLTAGE DIRECT CURRENT (HVDC) TO IMPROVE
ENERGY TRANSMISSION EFFICIENCY CONSIDERING THE DEVELOPMENT OF
RENEWABLE ENERGY
Abstract: Many studies on upgrading the electrical system with the aim of power quality and reducing
the loss on the system have been conducted and applied in practice. In particular, HVDC transmission
system has been increasingly researched for providing power with large transmission power, longdistance, and especially suitable for applications with power systems with increasing penetration of
renewable energy. The number of HVDC projects in the world have increased in recent years,

reflecting the proper interest in this technology.
With the scale of development of Vietnam electricity system, the process of upgrading the
power system, and applying new technologies to power transmission is gradually heating up in the
context of wind and solar energy connected to the grid, and HVAC transmission systems are currently
difficult to meet. Moreover, the Central Region - Central Highlands is a bridge for the North and
South of the transmission system, which is even more important and must carry a large amount of
power transmission. This causes the transmission grid system to be degraded and need maintenance
and replacement.
The project conducts simulation of the HVDC transmission system for an actual transmission grid.
From there, showing the benefits that this system brings, creating a reference base for real projects.
Keywords: HVDC; HVAC; Renewable Energy; Transmission; VSC


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................... i
TÓM TẮT ..................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ .............................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH.......................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề .............................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................2
5. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài ..............................................................2
6. Cấu trúc của luận văn ............................................................................................3

C
C

R
L
T.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO VÀ HỆ THỐNG
TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU HVDC ................................................................4

DU

1.1. Thực trạng và sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo .................................4
1.1.1. Tổng quan về năng lượng tái tạo.....................................................................4
1.1.2. Tình hình phát triển năng lượng tái tạo trong những năm gần đây ................4
1.2. Tổng quan về lưới điện thông minh ứng dụng hệ thống truyền tải điện một
chiều HVDC ....................................................................................................................7
1.2.1. Lưới điện thông minh - Smart grid .................................................................8
1.2.2. Microgrid ........................................................................................................9
1.3. Sơ lược hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC ...............................................10
1.3.1. Định nghĩa hệ thống HVDC..........................................................................10
1.3.2. Tình hình phát triển HVDC ..........................................................................11
1.3.3. Triển vọng phát triển HVDC ........................................................................12
1.3.4. Vai trò của HVDC trong phát triển năng lượng tái tạo .................................12
1.3.5. Nguyên lý hoạt động của HVDC ..................................................................13
1.3.6. Ứng dụng hệ thống HVDC ...........................................................................14
1.4. Cấu tạo của hệ thống HVDC và các phần tử chính ................................................15
1.5. Các bộ chuyển đổi cơ bản trong hệ thống HVDC ..................................................19
1.5.1. LCC ...............................................................................................................19
1.5.2. VSC ...............................................................................................................20

1.5.3. So sánh LCC-HVDC và VSC-HVDC ..........................................................20


iv

1.6. Kết luận...................................................................................................................21
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ CHUYỂN ĐỔI VSC
TRONG HỆ THỐNG HVDC .....................................................................................23
2.1. Ứng dụng của bộ chuyển đổi VSC trong hệ thống HVDC ....................................23
2.2. Các phương pháp chuyển hệ tọa độ ........................................................................24
2.3. Điều khiển VSC trong hệ tọa độ dq .......................................................................25
2.3.1. Cấu trúc của hệ thống VSC ...........................................................................25
2.3.2. Chế độ dòng điện và điều khiển chế độ điện áp ...........................................26
2.3.3. Mơ hình động của bộ điều khiển cơng suất ..................................................28
2.3.4. Vịng lặp khóa pha ........................................................................................29
2.3.5. Bộ điều khiển công suất tác dụng/phản kháng bằng chế độ điều khiển
dòng điện .......................................................................................................................30
2.3.6. Điều khiển dòng điện VSC ...........................................................................31

C
C

2.3.7. Điện áp DC-Bus ............................................................................................33
2.4. Kết luận...................................................................................................................34

R
L
T.

CHƢƠNG 3. HIỆN TRẠNG LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC KON TUM – GIA LAI,

LỰA CHỌN KHU VỰC ỨNG DỤNG HỆ THỐNG HVDC. GIỚI THIỆU
PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ETAP .............................................................................35
3.1. Hiện trạng lưới điện khu vực Kon Tum – Gia Lai .................................................35
3.1.1. Hiện trạng lưới điện ......................................................................................35

DU

3.1.2. Quy hoạch các dự án năng lượng tái tạo trong khu vực lưới điện ................38
3.2. Lựa chọn khu vực ứng dụng hệ thống HVDC........................................................39
3.3. Giới thiệu phần mềm mô phỏng ETAP ..................................................................40
3.3.1. Các khả năng tính tốn của phần mềm ETAP ..............................................40
3.3.2 Các phần tử ....................................................................................................43
3.3.3. Mô phỏng HVDC trong ETAP .....................................................................50
3.4. Kết luận...................................................................................................................52
CHƢƠNG 4. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM XÂY DỰNG MƠ HÌNH LƢỚI ĐIỆN
TRUYỀN TẢI TÍCH HỢP HỆ THỐNG HVDC ......................................................53
4.1. Xây dựng mơ hình hệ thống ...................................................................................53
4.1.1. Xây dựng mơ hình trong phần ETAP ...........................................................53
4.1.2. Các trường hợp mô phỏng ............................................................................55
4.2. Kết quả mô phỏng...................................................................................................56
4.2.1. Mô phỏng trào lưu công suất chế độ cực đại ................................................56
4.2.2. Mô phỏng trào lưu cơng suất chế độ cực tiểu ...............................................61
4.2.3. Tính toán ngắn mạch .....................................................................................67


v

4.3. Phân tích, đánh giá kết quả .....................................................................................68
4.3.1. Trào lưu cơng suất .........................................................................................68
4.3.2. Tính tốn ngắn mạch .....................................................................................71

4.4. Kết luận...................................................................................................................72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

C
C

DU

R
L
T.


vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ
Từ viết tắt /

Giải thích nghĩa

Thuật ngữ
HVDC

Truyền tải một chiều điện áp cao

HVAC

Truyền tải xoay chiều điện áp cao

SG

Lưới điện thơng minh

IEA

Chi phí gia công, lắp dựng giá đỡ dàn pin mặt trời

LCOE

Chi phí bình qn tồn cầu về điện năng khả dụng

PV

Pin quang điện

NLTT

Năng lượng tái tạo

DG

Nguồn phân tán

LCC

Bộ biến đổi nguồn dòng Thyristor

VSC

Bộ biến đổi nguồn áp

C
C

R
L
T.

Dòng điện một chiều

DC

Dòng điện xoay chiều

AC
PWM
PCC

DU

Phương pháp điều rộng xung
Điểm kết nối chung


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

bảng
3.1.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
4.10.
4.11.
4.12.
4.13.
4.14.
4.15.

Tên bảng

Trang

Hiện trạng tổn thất trên dường dây truyền tải tháng 06/2019
Thông số đường dây khu vực lưới điện Kon Tum – Gia Lai
Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng HVAC
trong chế độ cực đại
Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVAC trong chế độ cực
đại
Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng HVAC
trong chế độ cực đại

Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng HVDC
trong chế độ cực đại
Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVDC trong chế độ cực
đại
Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng HVDC
trong chế độ cực đại
Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng HVAC
trong chế độ cực tiểu
Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVAC trong chế độ cực
tiểu
Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi sử dụng HVAC
trong chế độ cực tiểu
Công suất truyền tải trên các đường dây khi sử dụng HVDC
trong chế độ cực tiểu
Điện áp tại các thanh cái khi sử dụng HVDC trong chế độ cực
tiểu
Tổn thất công suất và điện áp trong lưới khi không sử dụng
HVDC trong chế độ cực tiểu
So sánh tổn thất công suất và điện áp rơi trong chế độ cực đại
So sánh tổn thất công suất và điện áp rơi trong chế độ cực tiểu

36
53

C
C

DU

R

L
T.

57
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
66
69
70


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.

1.7.
1.8.
1.9.
1.10.
1.11.
1.12.
1.13.
1.14.
1.15.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.

Tên hình

Trang

Tình tình phát triển năng lượng tái tạo năm 2018
Hiện trạng năng lượng tái tạo trên thế giới phân chia theo khu

vực
Mơ hình lưới điện sử dụng HVDC
Chức năng của SG
Cấu hình hệ thống Microgrid và các chức năng chính
Sơ đồ nguyên lí của hệ thống truyền tải HVDC
Sơ đồ hệ thống HVDC lưỡng cực
Cấu trúc bộ biến đổi 12 xung
Hình ảnh một module Thyristor
Bộ lọc xoay chiều
Bộ lọc DC
Cuộn kháng san bằng
Nguồn công suất phản kháng tụ điện
Cấu trúc LCC – HVDC và VSC - HVDC
So sánh LLC và VSC
Cấu trúc cơ bản của VSC-HVDC
Dạng sóng của phép biến đổi Clarke.
Giản đồ vector chuyển hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ dq và
ngược lại.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống VSC tần số đặt lưới
Sơ đồ của bộ điều khiển công suất tác dụng/công suất phản
kháng bằng chế độ điều khiển điện áp
Sơ đồ điều khiển công suất tác dụng / phản kháng bằng điều
khiển chế độ dòng điện.
Sơ đồ khối điều khiển của PLL
Sơ đồ sơ lược của PLL
Sơ đồ khối hệ thống điều khiển dòng điện của VSC.
Sơ đồ lưới điện truyền tải khu vực Kon Tum – Gia Lai
Giao diện chính của Etap
Các chức năng tính tốn
Các phần tử AC

Các thiết bị đo lường, bảo vệ

5

C
C

DU

R
L
T.

6
8
9
10
14
15
15
16
16
17
17
18
20
21
23
24
25

25
26
27
30
30
32
35
40
41
41
42


ix

Số hiệu
hình
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
3.12.
3.13.
3.14.
3.15.
3.16.
3.17.
3.18.

3.19.
3.20.
3.21.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
4.9.
4.10.
4.11.

Tên hình

Trang

Thư viện cáp lực
Trang info của nguồn.
Trang Rating của nguồn.
Trang Energy Price của máy phát.
Trang info của Bus.
Trang info của đường dây.
Trang impedance của đường dây.
Trang Info của máy biến áp.
Trang Rating của máy biến áp.
Trang Tap của máy biến áp.
Chỉnh đầu phân áp máy biến áp.

Trang Grounding của máy biến áp.
Trang Info của tải.
Trang Nameplate của tải.
Trang info của HDVC
Trang Rating của HDVC
Thông số nguồn phát trong lưới điện
Sơ đồ lưới điện mô phỏng trong ETAP
Cài đặt thông số mô phỏng trào lưu công suất trong Edit Study
Case
Study Case trong trường hợp mô phỏng ngắn mạch
Kết quả trào lưu công suất khi sử dụng HVAC trong chế độ
cực đại
Trào lưu công suất trường hợp sử dụng HVDC trong chế độ
cực đại
Kết quả trào lưu công suất khi sử dụng HVAC trong chế độ
cực tiểu
Trào lưu công suất trường hợp sử dụng HVDC trong chế độ
cực tiểu
Kết quả dòng ngắn mạch khi sử dụng HVAC
Kết quả dòng ngắn mạch khi sử dụng HVDC
Dạng sóng dịng điện ngắn mạch tại thanh cái RES

42
43
43
44
45
45
46
46

47
47
48
48
49
49
50
51
54
54

C
C

DU

R
L
T.

55
56
56
59
62
65
67
68
71

1

MỞ ĐẦU
1. Đ t v n đề
Với nhịp độ tăng trưởng của nền kinh tế xã hội và sự gia tăng dân số toàn cầu
hiện nay, nhu cầu tiêu thụ năng lượng khơng ngừng tăng lên địi hỏi ngành điện phải
ln ln phát triển và đi trước đón đầu. Từ đó hệ thống điện (HTĐ) cũng liên tục mở
rộng và phát triển cả về nguồn và các đường dây truyền tải, nhất là khi các nguồn năng
lượng tái tạo: gió, mặt trời,… được tích hợp trong lưới điện ngày càng nhiều địi hỏi hệ
thống phải có sự nâng cấp và đáp ứng trên nhiều phương diện.
Hiện nay, nhiều nghiên cứu về việc nâng cấp hệ thống điện với mục tiêu chất
lượng điện năng và giảm sự tổn hao trên hệ thống đã được tiến hành và ứng dụng vào
thực tế. Trong đó, truyền tải năng lượng một chiều HVDC ngày càng được chú trọng
nghiên cứu cho việc cung cấp năng lượng với công suất truyền tải lớn, khoảng cách xa,
và đặc biệt phù hợp ứng dụng với các hệ thống điện có sự xâm nhập ngày càng sâu của
năng lượng tái tạo. Số lượng các dự án HVDC (high voltage direct current) trên toàn

C
C

R
L
T.

cầu đang dần tăng lên trong những năm gần đây phản ánh sự quan tâm đúng mức về
công nghệ này. Các thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng tiên tiến trong lĩnh vực điện tử

DU

công suất đã góp phần mở rộng phạm vi tiềm năng của truyền dẫn HVDC bao gồm các
ứng dụng cho cáp ngầm, truyền tải năng lượng điện gió ngồi khơi, góp phần tăng độ
linh hoạt, độ tin cậy và ổn định điện áp.
Với quy mô phát triển của hệ thống điện Việt Nam, quá trình nâng cấp hệ thống
điện và ứng dụng các công nghệ mới vào truyền tải điện năng đang dần nóng lên trong
bối cảnh năng lượng gió và mặt trời kết nối vào lưới ngày một nhiều và hệ thống
truyền tải HVAC hiện nay khó có khả năng đáp ứng được. Hơn nữa, khu vực Miền
Trung – Tây Nguyên là cầu nối cho 2 Miền Bắc - Nam hệ thống truyền tải lại càng
mang tính chất trọng điểm. Điều này làm cho hệ thống lưới truyền tải xuống cấp và
cần được bảo dưỡng, thay thế.
Trên cơ sở tìm hiểu hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC và những phân
tích trên đây, học viên chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống truyền tải điện một
chiều HVDC nhằm nâng cao khả năng truyền tải điện năng có xét đến sự phát triển
của các nguồn năng lượng tái tạo” cho luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC và phương pháp điều
khiển các bộ chuyển đổi trong hệ thống. Từ đó mơ hình hóa hệ thống chuyển đổi tích
hợp vào lưới điện truyền tải nhằm nâng cao sự ổn định của hệ thống.
- Góp phần nâng cao hiệu quả truyền tải điện năng trên lưới điện, từ đó nâng cao


2
các hiệu quả về kinh tế, đầu tư trong quá trình truyền tải điện năng và ứng dụng các
nghiên cứu mới cho hệ thống điện Việt Nam.
- Đưa ra một thiết kế tham khảo về ứng dụng HVDC cho việc xây dựng và phát
triển hệ thống điện Việt Nam, nhất là lưới điện truyền tải sau này.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Các loại hình năng lượng tái tạo
- Hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC.

- Bộ chuyển đổi trong hệ thống HVDC. Bộ chuyển đổi nguồn áp VSC
- Lưới điện truyền tải khu vực Kon Tum – Gia Lai.
- Số liệu về công suất truyền tải trên lưới.
- Các phần mềm mô phỏng chuyên ngành.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về năng lượng tái tạo, hệ thống truyền tải điện một chiều
HVDC, phương pháp điều khiển bộ chuyển đổi trong hệ thống HVDC

C
C

R
L
T.

- Khảo sát hiện trạng lưới điện truyền tải khu vực Kon Tum – Gia Lai, trào lưu
công suất trên lưới và các phương pháp giảm tổn thất trên lưới điện

DU

- Ứng dụng phần mềm chuyên ngành mô phỏng hệ thống truyền tải HVDC trên
lưới điện lựa chọn. Phân tích, đánh giá kết quả thu được.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đánh giá tổng quan về các nguồn năng lượng tái tạo, hệ thống truyền tải năng
lượng một chiều HVDC và phương pháp điều khiển các bộ chuyển đổi trong hệ thống,
tập trung vào bộ chuyển đổi nguồn áp VSC.
Nghiên cứu đánh giá thực trạng lưới điện truyền tải khu vực Kon Tum – Gia Lai.
Tình hình vận hành và tổn thất trên lưới. Từ đó, tìm hiểu các phương pháp nâng cao
khả năng vận hành của lưới điện và ứng dụng hệ thống HVDC.
Trên cơ sở phân tích lý thuyết, sử dụng phần mềm để mô phỏng quá trình vận

hành của lưới điện tích hợp hệ thống HVDC. Phân tích, nhận xét các kết quả thu được
về quá trình vận hành, tổn thất trên lưới điện.
5. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài
Từ thực tiễn và cụ thể là những đặc điểm, đặc trưng của hệ thống điện Việt Nam
hiện nay, trong thời kỳ phát triển kinh tế với sự bùng nổ của năng lượng tái tạo, đề tài
góp phần:
- Ứng dụng các nghiên cứu trước đây nhằm đưa ra phương án phát triển hệ thống
truyền tải điện của Việt Nam.
- Nâng cao khả năng vận hành và đảm bảo độ ổn định của lưới điện, từ đó giảm


3
thiểu tổn thất về điện năng, kinh tế trong quá trình vận hành.
- Góp phần vào việc triển khai cơng nghệ mới trong cũng như thúc đẩy sự phát
triển và tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống điện
6. C u trúc của luận văn
Luận văn được trình bày thành 4 chương và đưa ra Kết luận:
Chương 1: Tổng quan về năng lượng tái tạo và hệ thống truyền tải điện một
chiều HVDC
1.1. Thực trạng và sự phát triển của các nguồn năng lượng tái tạo.
1.2. Tổng quan về lưới điện thông minh ứng dụng hệ thống truyền tải điện một
chiều HVDC
1.3. Sơ lược hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC
1.4. Cấu tạo của hệ thống HVDC và các phần tử chính
1.5. Các bộ chuyển đổi cơ bản trong hệ thống HVDC

C
C

1.6. Kết luận

Chương 2: Phương pháp điều khiển bộ chuyển đổi VSC trong hệ thống HVDC
2.1. Ứng dụng của bộ chuyển đổi VSC trong hệ thống HVDC
2.2. Các phương pháp chuyển hệ tọa độ.

R
L
T.

DU

2.3. Điều khiển VSC trong hệ tọa độ dq.
2.4. Kết luận

Chương 3: Hiện trạng lưới điện khu vực Kon Tum – Gia Lai, lựa chọn khu
vực ứng dụng hệ thống HVDC. Giới thiệu phần mềm mô phỏng ETAP.
3.1. Hiện trạng lưới điện khu vực Kon Tum – Gia Lai
3.2. Lựa chọn khu vực ứng dụng hệ thống HVDC
3.3. Giới thiệu phần mềm mô phỏng ETAP
3.4. Kết luận
Chương 4: Ứng dụng phần mềm xây dựng mơ hình lưới điện truyền tải tích
hợp hệ thống HVDC
4.1. Xây dựng mơ hình hệ thống
4.2. Kết quả mơ phỏng
4.3. Phân tích, đánh giá kết quả
4.4. Kết luận
Các kết quả mô phỏng được đưa ra đánh giá, phân tích về hiệu quả hoạt động của
hệ thống.

4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO VÀ HỆ THỐNG
TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU HVDC
1.1. Thực trạng và sự phát triển của các nguồn năng lƣợng tái tạo
1.1.1. Tổng quan về năng lượng tái tạo
Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên
tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn như năng lượng mặt
trời, gió, mưa, thủy triều, sóng và địa nhiệt. Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng
lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong
mơi trường và đưa vào trong các ứng dụng kỹ thuật. Các quy trình này thường được
thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời. Năng lượng tái tạo thay thế các nguồn nhiên liệu
truyền thống trong 4 lĩnh vực gồm: phát điện, đun nước nóng, nhiên liệu động cơ, và
hệ thống điện độc lập nông thôn.

C
C

R
L
T.

Ngành công nghiệp điện trên thế giới hiện nay chủ yếu dựa trên công nghệ nhiệt
và thủy điện, nhưng cũng đã bộc lộ mặt trái của nó đối với mơi trường trái đất.
Để khắc phục tình hình cạn kiệt năng lượng truyền thống và hạn chế ô nhiễm mơi

DU

trường thì việc nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng sạch, tái tạo là cần thiết.

1.1.2. Tình hình phát triển năng lượng tái tạo trong những năm gần đây
a) Trên thế giới
Phát triển nguồn điện năng lượng tái tạo là xu thế toàn cầu. Để thúc đẩy sự gia
tăng phát triển nguồn điện năng lượng tái tạo đòi hỏi phải giải quyết nhiều thách
thức.Việc phát triển nguồn điện năng lượng tái tạo địi hỏi phải có chiến lược, lộ trình,
bước đi và cơ chế chính sách thích hợp phù hợp với điều kiện cụ thể.
Năm 2015, sản lượng điện từ năng lượng tái tạo, không bao gồm thủy điện,
chiếm 6,8% tổng sản lượng điện toàn cầu, trong đó bao gồm 3,5% điện gió, 1,9% điện
sinh khối và 1,0% điện mặt trời (quang điện). Nếu tính cả thủy điện (16,0%) thì sản
lượng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo đạt tới 22,8%.
Tại Ấn Độ năm 2014 nước này đã gia tăng nhanh chóng cơng suất nguồn điện
năng lượng tái tạo, bao gồm cả nguồn điện mặt trời PV (photovoltaics) được hỗ trợ bởi
nguồn bức xạ mặt trời phong phú, theo mục tiêu quốc gia đề ra là 175 GW (không kể
các nhà máy thủy điện quy mô lớn) vào năm 2022.
Hoa Kỳ đã công bố mức tăng kỷ lục công suất nguồn điện năng lượng tái tạo
trên 20 GW vào năm 2016. Mặc dù hiện nay việc xử lý các ưu đãi thuế ở cấp liên bang
đối với năng lượng tái tạo không chắc chắn, tăng trưởng công suất nguồn điện năng
lượng tái tạo vào năm 2017 và 2018 sẽ là khoảng 20 GW do mở rộng nguồn điện năng


5
lượng mặt trời PV nhờ chính sách thúc đẩy năng lượng tái tạo ở cấp bang và giảm
nhanh chi phí.
Cuối năm 2018, cơng suất phát điện tái tạo tồn cầu lên tới 2.351 GW. Thủy
điện chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tổng số tồn cầu, với cơng suất lắp đặt là 1.172
GW. Năng lượng gió và mặt trời chiếm phần lớn cịn lại, với cơng suất lần lượt là 564
GW và 486 GW. Năng lượng tái tạo khác bao gồm 115 GW của năng lượng sinh học,
13 GW năng lượng địa nhiệt và 500 MW năng lượng biển (thủy triều, năng lượng sóng
và đại dương)

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.1. Tình tình phát triển năng lượng tái tạo năm 2018 [11]
Công suất phát điện tái tạo tính đến năm 2018 tăng khoảng 171 GW so với năm
2017 (+ 7.9%). Trong đó năng lượng mặt trời tiếp tục thống trị, với công suất tăng 94
GW (+ 24%), tiếp theo là năng lượng gió với mức tăng 49 GW (+10%). Thuỷ điện
tăng 21 GW (+2%) và năng lượng sinh học là 6 GW (+5%). Năng lượng địa nhiệt chỉ
tăng hơn 500 MW.
Mở rộng công suất tái tạo tiếp tục được thúc đẩy chủ yếu nhờ vào sự phát triển
công suất lắp đặt của năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Hai loại hình này chiếm
84% tổng công suất mới được lắp đặt vào năm 2018, cuối cùng đẩy tỷ lệ thủy điện
chung xuống dưới 50%.


6

Hình 1.2. Hiện trạng năng lượng tái tạo trên thế giới phân chia theo khu vực
Châu Á chiếm 61% công suất mới trong năm 2018 (thấp hơn một chút so với
năm trước đó) và hơn một Terawatt cơng suất tái tạo (44% tổng cơng suất tồn cầu).
Châu Á và Châu Đại Dương cũng là những khu vực phát triển nhanh nhất với sự tăng
trưởng +11,4% và +17,7% tương ứng.

C

C

R
L
T.

Châu Âu mở rộng với cùng số lượng như năm 2017 (+24 GW, a 4.6%). Bắc Mỹ
phục hồi nhẹ, với mức tăng 19 GW (+5,4 %). Sự phát triển năng lượng tái tạo ở Châu

DU

Phi cũng như năm 2017 với mức tăng 3,6 GW (+8,4 %).
Theo báo cáo của IEA, chi phí bình qn tồn cầu về điện năng khả dụng
(Utility scale) của các nhà máy điện mặt trời, giảm hơn 50% từ năm 2012 xuống còn
11 Cent/kWh vào năm 2016 và dự kiến sẽ giảm xuống mức 8,7 Cent/kWh vào năm
2022. Các yếu tố làm giảm chi phí gồm có việc thực hiện đấu giá cạnh tranh ở nhiều
quốc gia khác nhau và giá mô-đun điện mặt trời PV giảm mạnh nhờ việc mở rộng quy
mô áp dụng trên khắp thế giới.
Tương tự, mức chi phí bình qn tồn cầu về điện năng khả dụng (LCOE) của
điện gió trên thềm lục địa (Onshore), khơng bao gồm trợ cấp, được ước tính là 7,5
Cent/kWh năm 2016 và dự kiến giảm xuống còn 6,5 Cent/kWh vào năm 2022 cũng
nhờ cuộc chạy đua cắt giảm chi phí thơng qua đấu giá cạnh tranh. Việc thực hiện đấu
giá cho điện mặt trời PV và điện gió đang gia tăng trên tồn cầu để giảm chi phí.
Việc giảm chi phí như dự kiến sẽ mở đường cho điện mặt trời PV và điện gió
phát triển rộng khắp trên toàn cầu với một tốc độ ổn định. Tuy nhiên, việc mở rộng các
nguồn điện năng lượng tái tạo tự nhiên sẽ làm mất ổn định hệ thống điện. Vì vậy, các
nước sẽ phải nâng cao tính linh hoạt của hệ thống điện trên tiền đề của việc mở rộng
quy mô các nguồn điện năng lượng tái tạo tự nhiên. Việc cải thiện này, mặc dù kéo
theo tăng chi phí hệ thống điện, có khả năng tạo ra các mơ hình kinh doanh mới.

7
b) Tại Việt Nam
Việt Nam được đánh giá là quốc gia có nhiều tiềm năng để phát triển năng lượng
tái tạo. Việc khai thác các nguồn năng lượng tái tạo có ý nghĩa hết sức quan trọng cả
về kinh tế, xã hội, an ninh năng lượng và phát triển bền vững. Quy hoạch điện VII điều
chỉnh đặt ra mục tiêu và định hướng phát triển năng lượng tái tạo. Ưu tiên phát triển
nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo, tạo đột phá trong việc bảo đảm an ninh năng
lượng quốc gia, góp phần bảo tồn tài nguyên năng lượng, giảm thiểu tác động tiêu cực
tới môi trường trong sản xuất điện. Từ đó tăng tỷ trọng của điện năng sản xuất từ
nguồn năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện với các tiêu chí:
- Ưu tiên phát triển các các dự án nguồn thủy điện có lợi ích tổng hợp (chống lũ,
điều tiết nước, cung cấp điện), nghiên cứu đưa nhà máy thủy điện tích năng vào vận
hành phù hợp với phát triển của hệ thống điện Quốc gia nhằm nâng cao hiệu quả vận
hành của hệ thống điện. Tổng công suất các nguồn thủy điện (bao gồm cả thủy điện

C
C

vừa và nhỏ, thủy điện tích năng) lên khoảng 21.600 MW vào năm 2020, khoảng
24.600 MW vào năm 2025 (thủy điện tích năng 1.200 MW) và khoảng 27.800 MW

R
L
T.

vào năm 2030 (thủy điện tích năng 2.400 MW).
- Nâng tổng cơng suất nguồn điện gió lên khoảng 800 MW vào năm 2020,

DU

khoảng 2.000 MW vào năm 2025 và khoảng 6.000 MW vào năm 2030.
- Phát triển điện sử dụng nguồn năng lượng sinh khối, nâng tỷ trọng điện năng
sản xuất từ nguồn năng lượng sinh khối đạt khoảng 1% vào năm 2020, khoảng 1,2%
vào năm 2025 và khoảng 2,1% vào năm 2030.
- Đẩy nhanh phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng mặt trời, bao gồm cả
nguồn tập trung lắp đặt trên mặt đất và nguồn phân tán lắp đặt trên mái nhà. Đưa tổng
công suất nguồn điện mặt trời lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW
vào năm 2025 và khoảng 12.000 MW vào năm 2030.
1.2. Tổng quan về lƣới điện thông minh ứng dụng hệ thống truyền tải điện
một chiều HVDC
Hiện nay, với xu thế phát triển nhanh chóng của lưới điện thơng minh và lưới
điện siêu nhỏ cùng với sự xâm nhập cao của các nguồn năng lượng tái tạo, hệ thống
HVDC ngày càng được nghiên cứu sâu hơn nhằm cung cấp dịch vụ truyền tải cho các
mơ hình lưới điện này.


8

AC/DC

HVDC

DC/AC

Nguồn phát truyền thống
và NLTT

Phụ tải

Hệ thống điện lớn

Hình 1.3. Mơ hình lưới điện sử dụng HVDC
1.2.1. Lưới điện thơng minh - Smart grid
Smart grid (SG) là hệ thống điện lưới có sử dụng các cơng nghệ thơng tin và
truyền thông để tối ưu việc truyền dẫn, phân phối điện năng giữa nhà sản xuất và hộ

C
C

R
L
T.

tiêu thụ, hợp nhất cơ sở hạ tầng điện với cơ sở hạ tầng thơng tin liên lạc. Có thể coi hệ
thống điện thơng minh gồm có hai lớp: Lớp 1 là hệ thống điện thơng thường và bên
trên nó là lớp 2, hệ thống thông tin, truyền thông, đo lường:

DU

- Là một hệ thống điện phục vụ hàng triệu khách hàng và có một cơ sở hạ tầng
thông tin liên lạc thông minh, cho phép dịng thơng tin kịp thời, an tồn và khả năng
thích ứng cao cần thiết để cung cấp điện cho nền kinh tế kỹ thuật số đang phát triển
hiện nay.
- Là một hệ thống điện tự xử lý, điều chỉnh trong những tình trạng khẩn cấp
bằng cách tự điều chỉnh và đáp ứng nhu cầu tiện ích và thị trường năng lượng hiện
nay.
- Là một tập hợp rộng lớn của công nghệ truyền tải điện một cách linh hoạt, dễ
tiếp cận, đáng tin cậy và có tính kinh tế, SG đáp ứng mong muốn của người sử dụng
điện về việc phân phối, việc triển khai của hệ thống quản lý nhu cầu và lưu trữ năng

lượng hoặc mở rộng tối ưu và quản lý tài sản lưới điện


9

Hình 1.4. Chức năng của SG
Các đặc điểm của SG:
- Thoả mãn yêu cầu thực tế ngày càng tăng.

C
C

R
L
T.

- Dễ dàng kết nối và đảm bảo vận hành cho tất cả các nguồn điện với các kích cỡ
và cơng nghệ khác nhau, kể cả các nguồn điện phân tán như các nguồn năng lượng tái
tạo, làm cho toàn bộ hệ thống vận hành hiệu quả hơn.

DU

- Khả năng tự động khơi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đối với
khách hàng.
- Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng máy
tính.
- Nâng cao độ tin cậy, chất lượng và an toàn của hệ thống cung cấp điện.
- Hiệu quả cao trong sản xuất, truyền tải, phân phối, tiết kiệm điện.
- Duy trì và cải tiến các dịch vụ hiện hành một cách hiệu quả.
- Sử dụng rộng rãi các nguồn năng lượng tái tạo.

- Cho phép các hộ gia đình dùng điện chủ động tham gia vào việc vận hành tối
ưu hệ thống, làm cho thị trường điện phát triển.
- Cung cấp cho các hộ dùng điện đầy đủ thông tin và các lựa chọn nguồn cung
cấp.
- Giảm thiểu các tác động ảnh hưởng tới môi trường.
- Tích hợp (theo dõi, kiểm sốt, bảo vệ, bảo trì, EMS, DMS, AMI).
1.2.2. Microgrid
Một microgrid có thể tích hợp hiệu quả các nguồn phát điện phân tán
(Distributed generation - DG) đặc biệt là nguồn năng lượng tái tạo (Renewable energy)
hoặc các nguồn vi mô như pin nhiên liệu, pin mặt trời (PV), tua bin gió và các tuabin


10
siêu nhỏ và có thể cung cấp năng lượng khẩn cấp, thay đổi giữa các chế độ đảo và kết
nối.
So với một DG đơn, một microgrid có khả năng linh hoạt và kiểm soát linh hoạt
hơn để đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy và chất lượng điện của hệ thống. Microgrid
cũng cung cấp các cơ hội để tối ưu hóa các hệ thống DG. Một ví dụ điển hình là sự tạo
hoặc đồng phát nhiệt và năng lượng (Combined Heat and Power - CHP) kết hợp, hiện
là biện pháp quan trọng nhất để cải thiện hiệu quả năng lượng. Microgrid có thể hoạt
động ở chế độ kết nối lưới hoặc chế độ độc lập (tách lưới) và mang lại lợi ích cho cả
lưới điện, vận hành và khách hàng.

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.5. Cấu hình hệ thống Microgrid và các chức năng chính
1.3. Sơ lƣợc hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC
1.3.1. Định nghĩa hệ thống HVDC
Hệ thống điện một chiều điện áp cao (HVDC) sử dụng điện một chiều để truyền
tải lượng lớn điện năng trên một khoảng cách dài. Đối với truyền dẫn đường dài,
đường dây HVDC tổn thất ít hơn so với đường truyền xoay chiều (AC). Nó cũng cho
phép kết nối các lưới điện có tần số và đặc điểm khác nhau.
Trong truyền tải xoay chiều, các sóng điện áp và dịng điện trên đường dây thay
đổi hướng của nó sau mỗi mili giây, do đó tổn thất xảy ra ở dạng nhiệt. Khơng giống
như dịng xoay chiều, điện áp và sóng một chiều khơng thay đổi hướng của chúng.
Dòng HVDC tăng hiệu quả của đường dây truyền tải năng lượng điện. Trong một hệ
thống AC và DC kết hợp, điện áp AC được chuyển thành DC ở đầu gửi. Sau đó, điện
áp DC được đảo ngược tới AC ở đầu nhận, cho mục đích phân phối. Do đó, thiết bị
chuyển đổi (chỉnh lưu) và đảo ngược (nghịch lưu) cũng cần thiết ở hai đầu của đường
dây.


11
1.3.2. Tình hình phát triển HVDC
Truyền tải điện một chiều cao áp (HVDC) [2-5] có nhiều thuận lợi hơn truyền
tải điện xoay chiều trong một số trường hợp đặc biệt. Áp dụng thương mại đầu tiên của
truyền tải điện một chiều là đường dây nối liền giữa đất liền của Thụy Điển và đảo
Gotland vào năm 1954. Kể từ đó việc áp dụng HVDC có được bước phát triển khơng
ngừng. Với sự ra đời của van thyristor, truyền tải điện HVDC trở nên hấp dẫn hơn.
Hệ thống truyền tải HVDC vận hành thương mại đầu tiên trên thế giới tại Thụy
Điển – Gotland 1 (chủ yếu là cáp ngầm vượt biển, công suất 20MW, cấp điện áp
100kV và chiều dài 100km) - sử dụng công nghệ van hồ quang thủy ngân (được đưa
vào vận hành năm 1954) đánh dấu một bước tiến lớn của ngành này. Hiện nay, có

khoảng 160 cơng trình đường dây siêu cao áp 1 chiều HVDC đang vận hành hoặc
đang xây dựng trên thế giới, trong đó đáng kể gồm: Trung Quốc 43 cơng trình, Ấn độ
9 cơng trình, Canada 9 cơng trình, Mỹ 7 cơng trình, Úc 3 cơng trình, Bazil 3 cơng

C
C

trình, châu Âu 72 cơng trình. Tại khu vực Đơng Nam Á, các nước có đường dây
HVDC gồm: Philippines, Thái Lan, Malaysia, Indonesia. Với những tiến bộ trong lĩnh

R
L
T.

vực điện tử công suất, các khóa đóng ngắt dần được thay thế bằng thyristor và IGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistors), hiệu năng truyền tải và khả năng điều khiển của

DU

HVDC ngày càng được cải thiện thông qua việc sử dụng công nghệ điều chế độ rộng
xung PWM (Pulse Width Modulation).
Chi phí đầu tư ban đầu cho tồn bộ hệ thống HVDC ln là một trở ngại lớn để
các nước đang phát triển như Việt Nam có thể tiếp cận cơng nghệ HVDC. Tuy nhiên,
các nghiên cứu cho thấy hiệu quả đầu tư xây dựng HVDC so với HVAC tăng tỉ lệ
thuận với chiều dài đường dây xây dựng. Suất đầu tư cho đường dây HVDC thấp hơn
HVAC do thiết kế cột gọn nhẹ hơn. Thông thường, khi tính tốn kinh tế đối với các dự
án truyền tải trên thế giới, suất đầu tư cho đường dây HVDC bằng 0.6-0.8 lần đường
dây HVAC cùng điện áp và số mạch. Bên cạnh đó, hành lang tuyến của đường dây
HVDC nhỏ hơn HVAC (do ảnh hưởng của điện trường tĩnh đến sức khỏe con người
chỉ tương tự như từ trường trái đất), làm giảm chi phí đền bù và giải phóng mặt bằng.

Mặc dù chi phí đầu tư cho trạm chuyển đổi AC-DC và DC-AC cao hơn rất
nhiều so với chi phí xây dựng trạm biến áp xoay chiều, chi phí này được bù đắp bởi
khoản tiết giảm đầu tư đường dây HVDC và giảm tổn thất điện năng. Khi khoảng cách
càng dài thì HVDC càng có lợi, từ đó xuất hiện một điểm cân bằng, tại đó 2 hệ thống
HVDC và HVAC có tổng chi phí tương đương. Điểm cân bằng thường được tính theo
chiều dài và có khoảng cách từ 600-800 km. Đối với hệ thống HVDC sử dụng cáp
ngầm vượt biển thì khoảng cách của điểm cân bằng ngắn hơn nhiều so với đường dây
trên không.


12
1.3.3. Triển vọng phát triển HVDC
Với chiều dài dọc theo đường bờ biển và nhu cầu truyền tải công suất liên miền
lớn, Việt Nam hội tụ đủ các yếu tố để triển khai xây dựng HVDC. Thực tế là, theo Quy
hoạch điện VII điều chỉnh (QHĐ7ĐC), đến năm 2030, Việt Nam sẽ nhập khẩu điện từ
các nước trong khu vực như Lào, Campuchia và Trung Quốc. Vào tháng 12/2016,
chính phủ 2 nước Lào và Việt Nam đã ký biên bản ghi nhớ, theo đó Việt Nam sẽ nhập
khẩu khoảng 5000MW đến giai đoạn 2026-2030. Việc hình thành lưới truyền tải liên
kết Việt Nam – Lào là một trong những thành phần quan trọng của chiến lược liên kết
lưới điện ASEAN nói chung và tiểu vùng sơng Mekong (VN – Lào – Thái Lan –
Myanmar - Campuchia) nói riêng. Hầu như các khu vực xây dựng đường truyền tải có
địa hình phức tạp, đa phần là đồi núi nên mặt bằng xây dựng hệ thống sẽ gặp phải các
khó khăn. Với ưu điểm HVDC như đã trình bày, hành lang tuyến của đường dây
HVDC nhỏ hơn HVAC (do ảnh hưởng của điện trường tĩnh) có thể làm giảm diện tích

C
C

khu vực thi cơng và thuận lợi hơn trong q trình xây dựng.
Nhằm đáp ứng với tốc độ tăng trưởng trong những năm tới, ngành điện Việt

R
L
T.

Nam với định hướng phát triển đồng bộ giữa nguồn và lưới điện đã tiến hành đầu tư
xây dựng hàng loạt các cơng trình nguồn điện than ở ba miền đất nước trong giai đoạn

DU

đến năm 2020 với tổng công suất dự kiến đến 29.000MW. Riêng ở Miền Nam khoảng
18.800MW. Theo TSĐ VI và đề án “Quy hoạch đấu nối các trung tâm nhiệt điện than
Toàn Quốc vào hệ thống điện Quốc gia” để truyền tải lượng công suất này về trung
tâm phụ tải dự kiến sẽ xây dựng hàng loạt các đường dây (DZ) 500kV. Chỉ tính riêng
cụm TTNĐ than Vĩnh Tân (4400MW) sẽ xem xét xây dựng 4 mạch DZ 500kV đấu nối
đến trung tâm phụ tải, ngoài ra kết hợp với các trung tâm nhiệt điện (TTNĐ) than
Miền Trung (2400MW/mỗi trung tâm) như Cam Ranh, Bình Định, thủy điện (TĐ) tích
năng (1200MW) cần phải xây dựng thêm ít nhất 2 đường dây mạch kép để truyền tải.
Như vậy khả năng xây dựng trên 6 mạch đường dây 500kV đi vào Miền Nam, 2 mạch
đi ra khu vực Miền Bắc (đường dây 500kV Bình Định kết nối đến trạm biến áp 500kV
Dốc Sỏi) là khơng tránh khỏi. Điều này cho thấy HVDC đang có cơ hội phát triển rất
lớn ngay tại Việt Nam
1.3.4. Vai trò của HVDC trong phát triển năng lượng tái tạo
Các nguồn năng lượng tái tạo như gió, mặt trời ngày càng gia tăng trên thế giới
nói chung và tại Việt Nam nói riêng đang dần tạo ra cơ hội cho việc xây dựng các hệ
thống truyền tải HVDC. Việc phát triển về dung lượng lắp đặt, công suất phát của các
nguồn năng lượng tái tạo, nhất là gió và mặt trời, làm cho lượng công suất truyền tải
trong hệ thống điện gia tăng. Xét đến tình hình thực tế, đối với khu vực các tỉnh Ninh
Thuận – Bình Thuận, được xem như trung tâm nguồn năng lượng tái tạo, lượng công

13
suất sinh ra từ các nhà máy điện gió và điện mặt trời hiện nay sản sinh quá lớn vượt
quá khả năng truyền tải của hệ thống HVAC hiện hữu. Việc ứng dụng hệ thống HVDC
có thể nâng cao được dung lượng công suất phát và hạn chế các tổn hao trong quá
trình truyền tải điện năng sinh ra từ các nguồn năng lượng này.
Các hệ thống HVDC với hai bộ chuyển đổi năng lượng cịn góp phần điều
khiển và kiểm sốt lưu lượng cơng suất phát nguồn năng lượng tái tạo tốt hơn so với
hệ thống HVAC hiện hữu. Một trong như những ưu thế có thể thấy hiện nay với
HVDC là truyền tải không tần số, nhờ vậy mà tỉ suất sự cố của hệ thống HVDC thấp
hơn và độ tin cậy cao hơn các hệ thống HVAC. Việc ứng dụng hệ thống này vào việc
truyền tải với các hệ thống cáp ngầm đang được ứng dụng rộng rãi nhờ vào ưu điểm
này, mà một trong số đó có thể kể đến ứng dụng truyền tải cho các trang trại điện gió
ngồi khơi.
Xét đến một khía cạnh khác, khi các nguồn năng lượng tái tạo ở xa trung tâm

C
C

phụ tải, độ dài đường truyền là một trong những vấn đề lớn phát sinh tổn thất cơng
suất, điển hình là các nhà máy điện gió xây dựng ở khu vực miền Trung – Tây

R
L
T.

Nguyên: Dự án điện gió Hướng Linh, Hướng Phùng (Hướng Hóa, Quảng Trị), dự án
điện gió tại huyện Ea H’leo (Đăk Lăk)… Các hệ thống truyền tải HVDC lúc này sẽ là

DU

giải pháp tốt phục vụ cho quá trình truyền tải. Hay đối với trang trại điện gió ngồi
khơi, việc xây dựng hệ thống cáp ngầm là điều khơng thể tránh khỏi, trong khi HVDC
có thể đảm bảo được khả năng hoạt động với phương thức xây dựng này.
Có thể thấy rằng, trong thời kỳ bùng nổ của năng lượng tái tạo hiện nay tạo ra
được cơ hội phát triển rất lớn của hệ thống truyền tải HVDC.
1.3.5. Nguyên lý hoạt động của HVDC
Nguyên lý hoạt động của HVDC [4-8] tương tự như biến tần nhưng ở mức điện
áp và công suất lớn hơn rất nhiều, đồng thời khoảng cách giữa hai bộ chuyển đổi
AC/DC và DC/AC nằm cách xa nhau.
Trong trạm biến áp, nguồn AC được chuyển đổi thành DC bằng cách sử dụng
hệ thống chỉnh lưu. Trong trạm biến áp HVDC hoặc trạm chuyển đổi, chỉnh lưu và
nghịch lưu được đặt ở cả hai đầu của một đường truyền. Thiết bị chỉnh lưu thay đổi
AC thành DC, trong khi nghịch lưu chuyển đổi DC thành AC.
Dòng DC chạy trên đường dây và ở đầu cuối một lần nữa DC được chuyển đổi
thành AC bằng cách sử dụng nghịch lưu trong trạm biến áp. Năng lượng điện vẫn giữ
nguyên ở đầu gửi và nhận. DC được truyền qua một khoảng cách dài làm giảm tổn thất
và cải thiện hiệu quả so với AC.
Một hệ thống có nhiều hơn hai trạm chuyển đổi và một đường truyền được gọi
là "hệ thống DC hai đầu cuối" hoặc "hệ thống đơn". Tương tự, nếu trạm biến áp có


14
nhiều hơn hai trạm chuyển đổi và kết nối các đầu cuối DC, nó được gọi là trạm biến áp
DC đa kết nối.

Hình 1.6. Sơ đồ ngun lí của hệ thống truyền tải HVDC
Quá trình truyền tải điện năng giữa trạm truyền (Trạm Chỉnh lưu) tới trạm đến
(Trạm nghịch lưu) là quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm biến đổi. Tại trạm
biến đổi này điện áp xoay chiều được cho qua trạm biến áp để cung cấp một điện áp

xoay chiều thích hợp cung cấp cho bộ biến đổi. Bộ biến đổi biến đổi điện xoay chiều
thành một chiều và được truyền trên đường dây một chiều đến trạm biến đổi kia. Điện

C
C

áp và dòng một chiều được làm phẳng bằng cuộn san dịng và khử sóng hài bằng bộ
lọc trên đường dây một chiều. Tại trạm biến đổi dòng điện và điện áp một chiều từ

R
L
T.

đường dây tải điện qua bộ biến đổi chuyển thành dòng và điện áp xoay chiều. Điện áp
xoay chiều này được cho qua trạm biến áp để biến đổi thành điện áp xoay chiều mong
muốn.

DU

Trong quá trình truyền tải điện năng giữa hai trạm nói trên vai trị của các mạch
biến đổi tại hai trạm có thể thay đổi cho nhau dẫn đến sự đảo chiều của luồng công
suất. Tại các trạm biến đổi công suất phản kháng được cung cấp bởi các nguồn phản
kháng.
1.3.6. Ứng dụng hệ thống HVDC
- Cáp ngầm dưới nước có chiều dài hơn 30km.
- Truyền tải một lượng công suất lớn trên khoảng cách xa bằng đường dây trên
không.
- Truyền tải công suất lớn từ một trạm lớn từ xa đến trung tâm phụ tải cách đó
vài trăm km.
- Liên kết giữa các hệ thống lớn

Việc ứng dụng HVDC trong các hệ thống lưới điện thông minh hay lưới điện
siêu nhỏ góp phần nâng cao độ tin cậy trong vận hành và nâng cao chất lượng truyền
tải