Bìa trong
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA CÔNG NGHỆ TRUYỀN
TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP VÀ KHẢ NĂNG ÁP
DỤNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
NGÀNH : HỆ THỐNG ĐIỆN
MÃ SỐ:23.04.3898
BÙI TIẾN VIỆT
Người hướng dẫn khoa học : GS.TS. LÃ VĂN ÚT
HÀ NỘI 2009
Vỏ đĩa CD
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ CỦA CÔNG NGHỆ
TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP VÀ
KHẢ NĂNG ÁP DỤNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG
ĐIỆN VIỆT NAM
NGÀNH : HỆ THỐNG ĐIỆN
MÃ SỐ:23.04.3898
1.2 MỘT SỐ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC ĐIỂN HÌNH TRÊN THẾ
GIỚI…...………………………………………………………………………………..2
1.2.1 Itaipu, hệ thống truyền tải HVDC lớn nhất trên thế giới……………….……...…2
1.2.2 Hệ thống HVDC Leyte-Luzon, Philipine…………………..……….….…...........3
1.2.3 Hệ thống HVDC Rihand – Delhi, India…………………………………….……4
1.2.4 Hệ thống liên kết HVDC “back to back” giữa Argentina và Brazil……………...5
1.3. ƯU-NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC VÀ ỨNG
DỤNG..............................................................................................................................6
1.3.1 Ưu điểm……………………………………………………………………….….6
1.3.2 Nhược điểm………………………………………………………………….……7
1.3.3 Một số ứng dụng phổ biến của hệ thống truyền tải HVDC……………………....8
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU
CAO ÁP (HVDC)……………………………………………………………………..9
2.1 NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG HVDC………………………………….............9
2.2 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG HVDC. ……………………………..…………......9
2.2.1 Bộ biến đổi.……………………………………………………………………...10
2.2.2 Trạm biến áp ………………………………………….………………………...12
2.2.3 Các bộ lọc xoay chiều……………………………………………………...........13
2.2.4 Các bộ lọc một chiều…………………………………………………………....14
2.2.5 Cuộn san dòng…………………………………………………………………..15
2.2.6 Nguồn công suất phản kháng………………………………………………........15
2.2.7 Đường dây truyền tải của hệ thống HVDC………………………………….......16
2.2.8 Hệ thống nối đất…………………………………………………………...........16
2.2.9 Hệ thống điều khiển và bảo vệ………………………………………………….17
2.3. MỘT SỐ SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI ĐIỆN CAO ÁP MỘT CHIỀU………………...18
2.3.1. Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực (Monopolar link)………………...18
2.3.2 Hệ thống truyền tải HVDC lưỡng cực (Bipolar link)…………………………...19
2.3.3 Hệ thống truyền tải HVDC cùng cực tính (Hamopolar link)……………………20
TRUYỀN TẢI HVDC VÀ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI XOAY CHIỀU……..58
2.10.1 Công suất truyền tải……………………………………………………………58
2.10.2 Tổn thất công suất……………………………………………………..…........59
2.10.3 Vốn đầu tư xây dựng hệ thống…………………………………………............60
CHƯƠNG 3. HIỆN TRẠNG PHỤ TẢI, NGUỒN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI
500KV CỦA HTĐ VIỆT NAM. ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐẾN NĂM 2025
THEO TSĐ6 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN HVDC……...62
3.1 TÌNH HÌNH PHỤ TẢI ĐIỆN HIỆN TẠI, VÀ KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN ĐẾN
NĂM 2025 …………………………………………………………………................62
3.1.1 Tình hình hiện tại của phụ tải điện………………………………………………62
3.1.2 Dự báo nhu cầu tiêu thụ điện đến năm 2025……………………………………63
3.2 TÌNH HÌNH NGUỒN ĐIỆN HIỆN TẠI, ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐẾN
NĂM 2025 ……………………………………………………………………………65
3.2.1 Tình hình hiện tại của nguồn điện của Việt Nam……………………….……….65
3.2.2 Chương trình phát triển nguồn điện tới năm 2025……………………………..66
3.3 TÌNH HÌNH LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI 500KV HIỆN TẠI, ĐỊNH HƯỚNG
PHÁT TRIỂN ĐẾN NĂM 2025 ……………………………………………………...67
3.3.1 Tình hình hiện tải của lưới điện truyền tải 500KV……………………………...67
3.3.2 Chương trình phát triển lưới điện truyền tải 500KV tới năm 2025……………..68
3.4. CÂN ĐỔI TỔNG CÔNG SUẤT NGUỒN PHÁT VÀ PHỤ TẢI CỦA TỪNG
VÙNG ĐẾN NĂM 2025…………………………………………………....................75
3.4.1 Cân bằng nguồn và phụ tải miền Bắc……………………………………...........75
3.4.2 Cân bằng nguồn và phụ tải Miền Trung và Nam………………………………..77
3.5. PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG DÂY HVDC TRONG HTĐ VIỆT NAM
GIAI ĐOẠN TỪ NĂM 2015……………………………….…………………………82
3.5.1. Đặt vấn đề và đề xuất phương án……………………………………………….82
3.5.2. Thiết kế sơ bộ hệ thống truyền tải HVDC Sơn La – Nho Quan………………..85
4.5 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN
TẢI ĐIỆN 500KV KHI ĐIỀU CHỈNH THAY ĐỔI DÒNG CÔNG SUẤT TRÊN
ĐƯỜNG DÂY HVDC SƠN LA-NHO QUAN……………………………………...117
KẾT LUẬN CHUNG……………………………………………….………………120
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT
Viết tắt
Giải thích
1
AC
2
CSPK
3
DC
4
ĐDSCA
11
NĐ
12
NLM
13
TSĐ 6
14
TĐ
15
TBKHH
Xoay chiều
Công suất phản kháng
Một chiều
Đường dây siêu cao áp
Tổng công ty điện lực Việt Nam
Một chiều cao áp
Hệ thống
Nhiệt điện
6
Bảng 3.2
7
Bảng 3.3
8
Bảng 3.4
9
Bảng 3.5
10
Bảng 3.6
Tên bảng
Bảng so sánh hai loại bộ biến đổi CSC và VSC.
Bảng lựa chọn phương pháp điều khiển cho hệ thống
HVDC hai cực
Bảo vệ chống quá dòng
Bảng so sánh về chi phí cho đường dây HVDC và AC –
500KV/2000MW
Cơ cấu tiêu thụ điện toàn quốc.
Sự chênh lệch Pmin/Pmax của hệ thống điện Việt Nam (Năm
93
12
Bảng 3.8
Bảng khảo sát quan hệ Q Bi = f1(Ui1) trường hợp 1
96
13
Bảng 3.9
Bảng khảo sát quan hệ Q Br = f2(Ui1) trường hợp 1
97
14
Bảng 3.10
Bảng khảo sát quan hệ Q Bi = f3(Ui1) trường hợp 2
98
15
Bảng 3.11
La- Hòa Bình.
Bảng thông số công suất tổn hao và công suất toàn hệ
19
Bảng 4.2
thống ở chế độ phụ tải cực đại sử dụng phương án đường
dây truyền tải xoay chiều Sơn La – Nho Quan, Sơn La-
114
Hòa Bình.
Bảng thông số % tổn hao công suất và điện áp tại thanh
20
Bảng 4.3
cái Nho Quan ở chế độ phụ tải cực tiểu sử dụng phương
án đường dây truyền tải xoay chiều Sơn La – Nho Quan,
114
Sơn La- Hòa Bình.
Bảng thông số công suất tổn hao và công suất toàn hệ
21
Bảng 4.4
thống ở chế độ phụ tải cực tiểu sử dụng phương án đường
Nho Quan ở chế độ phụ tải cực tiểu sử dụng phương án
116
dùng đường dây truyền HVDC Sơn La – Nho Quan
Bảng thông số công suất tổn hao và công suất toàn hệ
25
Bảng 4.8
thống ở chế độ phụ tải cực tiểu sử dụng phương án dùng
116
đường dây truyền tải HVDC Sơn La – Nho Quan
Bảng thông số % tổn hao công suất và điện áp tại thanh cái
26
Bảng 4.9
Nho Quan ở chế độ phụ tải cực đại khi thay đổi dòng công
117
suất trên đường dây truyền tải HVDC Sơn La - Nho Quan
Bảng thông số công suất tổn hao và công suất toàn hệ
27
Bảng 4.10
Bảng số
Tên bảng
1
Hình 1.1
Một số hệ thống truyền tải HVDC trên thế giới.
2
2
Hình 1.2
Hệ thống truyền tải HVDC Itaipu-saopaolo
3
3
Hình 1.3
Hệ thống truyền tải HVDC Leyte-Luzon, Philipine
4
4
Hình 2.3
Cấu trúc bộ biến đổi 12 xung
11
10
Hình 2.4
Hình ảnh một module Thyristor
11
11
Hình 2.5
Bộ biến đổi gồm nhiều module thyristor gép lại với nhau
12
12
Hình 2.6
Trạm biến áp một chiều 800KV
13
15
Hình 2.9
Cuộn san dòng lõi không khí
15
16
Hình 2.10
Nguồn công suất phản kháng tụ điện
15
17
Hình 2.11
Trung tâm điều khiển hệ thống HVDC
17
18
Hình 2.12
Hệ thống truyền tải HVDC liên kết đơn cực.
Hệ thống truyền tải HVDC nhiều điểm đấu
22
23
Hình 2.17
Cấu trúc hệ thống HVDC sử dụng năng lượng gió
23
24
Hình 2.18
Bộ biến đổi nguồn dòng và bộ biến đổi nguồn áp.
24
25
Hình 2.19
Sơ đồ bộ biến đổi CSC 3 pha, 6 van
26
26
30
Hình 2.24
Ảnh hưởng của hiện tượng trùng dẫn
30
31
Hình 2.25
Sơ đồ bộ biến đổi cầu 3 pha 12 xung
32
32
Hình 2.26
33
Hình 2.27
Dạng điện áp một chiều của sơ đồ nối tiếp hai chỉnh lưu
cầu 3 pha ( góc điều khiển α=0 và µ=0)
Sơ đồ thay thế tương đương đường dây truyền tải điện
HVDC
33
Mô hình điều khiển trạm chỉnh lưu và nghịch lưu.
38
38
Hình 2.32
Quan hệ giữa CSPK và công suất tác dụng.
40
39
Hình 2.33
Vùng vận hành của cầu biến đổi trong mặt phẳng Pd - Qd
41
40
Hình 2.34
41
Hình 2.35
Sơ đồ đơn giản và biểu đồ góc pha: a) Chỉnh lưu; b)
Đặc tính Ud-Id tĩnh của hệ thống HVDC hai cực
50
46
Hình 2.40
Hệ thống điều khiển phân cấp
52
47
Hình 2.41
Tín hiệu đo và thiết bị bảo vệ.
53
48
Hình 2.42
Bố trí thiết bị chống quá áp cho một trạm biến đổi
56
49
thống điện AC
45
Sơ đồ hệ thống truyền tải điện 500KV năm 2015
53
Hình 3.1
54
Hình 3.2
Sơ đồ hệ thống truyền tải điện 500KV năm 2020
72
55
Hình 3.3
Sơ đồ hệ thống truyền tải điện 500KV năm 2025
74
56
62
Hình 3.10
Đồ thị quan hệ Q Bi = f(Ui1) Phía Nho Quan
63
Hình 3.11
Đồ thị quan hệ Q Br = f(Ui1) Phía sơn La
100
64
Hình 3.12
Đồ thị quan hệ Q Bi = f(Ui1) Phía Nho Quan
104
65
Hình 3.13
Đồ thị quan hệ Q Br = f(Ui1) Phía sơn La
105
những năm gần đây với việc phát triển rất nhanh trong lĩnh vực điện tử công suất như
IGBT, GTO và IGCT…thì vấn đề nghiên cứu và ứng dụng công nghệ truyền tải điện
cao áp một chiều (HVDC) đã được cả thế giới quan tâm vì công nghệ HVDC quả thực
có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với các công nghệ cổ điển truyền tải điện năng AC
thông thường như khoảng cách truyền tải lớn hơn, độ ổn định được nâng cao, giảm
đáng kể khối lượng xây dựng đường dây truyền tải, giảm hành lang tuyến, giảm tổn
thất, cho phép điều khiển dòng công suất một cách linh hoạt, giảm mức độ ảnh hưởng
đến môi trường….
Việc ứng dụng công nghệ HVDC vào HTĐ Việt Nam có thể đem lại hiệu quả cao đặc
biệt do xuất phát từ thực tế: Xu hướng liên kết lưới khu vực (với Lào và Trung Quốc),
diện tích đất giành để xây dựng lưới điện ngày một giảm. Từ năm 2015 trở đi, trong hệ
thống điện Việt Nam sẽ hình thành nhiều các trung tâm nguồn có công suất lớn như
Sơn La, Lai Châu, Mông Dương, Ô Môn, Trung tâm điện nguyên tử… .thì vấn đề
nghiên cứu tính ổn định, khả năng truyền tải, khả năng điều khiển các dòng công suất
hợp lý của hệ thống điện Việt Nam … là vô cùng cần thiết. Vì vậy, tác giả đã chọn đề
tài “ Nghiên cứu hiệu quả của công nghệ truyền tải điện một chiều cao áp và khả
năng áp dụng đối với hệ thống điện Việt Nam”
Mục đích của luận văn là đề cập đến một số vấn đề sau:
-
Luận văn đã đề cập đến một số vấn đề liên quan tới công nghệ truyền tải điện một
chiều
-
Trên cơ sở phương án phát triển lưới điện 500kV của HTĐ Việt Nam (theo TSĐ 6)
luận văn đã đề xuất phương án xây dựng đường dây tải điện HVDC Sơn La-Nho
Quan thay cho ĐDSCA xoay chiều 500KV trong sơ đồ giai đoạn sau năm 2015 và
tập 2), Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
3. Nguyễn Bính (1996), Điện tử công suất, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà
Nội
4. Trần Văn Thịnh, Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất, Bộ môn
thiết bị điện, điện tử - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
5. Võ Minh Chính, PHạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật.
6. Viện năng lượng (2005), Tổng sơ đồ 6 – Quy hoạch phát triển điện lực Quốc
gia giai đoạn 2006-2015 có xét triển vọng đến 2025
Tiếng Anh
7. Vijay K.sood, HVDC and FACTS Controllers (Applications of static converters
in power systems)
8. ABB – Sweden, 2000 – Roberto Rudervall High voltage direct current (HVDC)
transmission system/technology review paper,
9. K.P.Padiyar, HVDC power transmission system, New Delhi, India
10. Prechanon (10/1998), HVDC Transmission line modeling and analysis –specail
study report, AIT - Bangkok – ThaiLand
11. Vijay K.sood, HVDC and FACTS Controllers (Applications of static converters
in power systems)
12. The Instituation of
Electrical engineers , High Voltage Direct Curent
Transmission, London, United Kingdom
13. TJE Miller –Power electronic control in electrical systems, University of
Glasgow, UK, Duane hanselman – University of Maine.
truyền tải HVDC Sơn La – Nho Quan trường hợp phụ tải cự c đại và công suất truyền
tải trên đường dây truyền tải HVDC là 800MW).
Phục lục 13: Sơ đồ hệ thống truyền tải điện 500KV năm 2015 (Phương án đường dây
truyền tải HVDC Sơn La – Nho Quan trường hợp phụ tải cự c đại và công suất truyền
tải trên đường dây truyền tải HVDC là 600MW).
Phục lục 14: Sơ đồ hệ thống truyền tải điện 500KV năm 2015 (Phương án đường dây
truyền tải HVDC Sơn La – Nho Quan trường hợp phụ tải cự c tiểu và công suất truyền
tải trên đường dây truyền tải HVDC là 1000MW).
Phục lục 15: Sơ đồ hệ thống truyền tải điện 500KV năm 2015 (Phương án đường dây
truyền tải HVDC Sơn La – Nho Quan trường hợp phụ tải cự c tiểu và công suất truyền
tải trên đường dây truyền tải HVDC là 800MW).
Phục lục 16: Sơ đồ hệ thống truyền tải điện 500KV năm 2015 (Phương án đường dây
truyền tải HVDC Sơn La – Nho Quan trường hợp phụ tải cự c tiểu và công suất truyền
tải trên đường dây truyền tải HVDC là 600MW)
Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐIỆN CAO ÁP
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT
CHIỀU CAO ÁP.
Hệ thống truyền tải điện một chiều điện áp cao (HVDC - High Voltage Direct
Current) là một phương pháp truyền tải điện năng với công suất lớn với khoảng
cách xa. Kĩ thuật truyền tải một chiều này bắt đầu được phát triển mạnh từ thập niên
ba mươi thế kỉ trước.
Trước thập niên 70 các van hồ quang thủy ngân được sử dụng rộng rãi trong việc
thiết kế các hệ thống truyền tải một chiều, sau đó các hệ thống truyền tải một chiều
Công nghệ truyền tải điện cao áp một chiều
-
Ở Queensland, Autralia, hệ thống truyền tải HVDC được lựa chọn để kết nối
qua lại giữa hai hệ thống xoay chiều của New South Wales và Queensland đảm
bảo mức độ ảnh hưởng môi trường thấp nhất và giảm nhiều thời gian xây dựng.
Hình 1.1:Một số hệ thống truyền tải HVDC trên thế giới.
1.2 MỘT SỐ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC ĐIỂN HÌNH TRÊN THẾ
GIỚI
2.1 Itaipu, hệ thống truyền tải HVDC lớn nhất trên thế giới.
Cho đến nay hệ thống truyền tải điện HVDC Itaipu của Brazil là hệ thống truyền tải
điện một chiều ấn tượng nhất thế giới. Hệ thống có công suất chuyên tải lên tới
12.600MW và điện áp DC lên tới ± 600kV. Hệ thống bao gồm hai đường dây lưỡng
cực mang tải công suất tổng cộng 12.600MW của nhà máy thủy điện Itaipu (tần số
50Hz) phát vào hệ thống 60Hz ở Saopaolo (một trung tâm công nghiệp của Brazil).
Học Viên: Bùi Tiến Việt
Lớp: Cao học HTĐ (Khóa 2007 - 2009)
2
Copyright: Tài liệu đại học ©