Vũ Quang Dũng – CB110319

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................... iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................... v
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... vi
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................... vii
Chương 1 .................................................................................................................... 1
TÌM HIỂU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN TẢI LINH HOẠT FACTS1
1.1 Giới thiệu chung về các thiết bị FACTS........................................................... 1
1.1.1.Tìm hiểu chung về các thiết bị FACTS ..................................................... 1
1.1.2. Cấu hình cơ bản của các thiết bị FACTS .................................................. 2
1.2.Công nghệ truyền tải điện một chiều điện áp cao HVDC ................................ 5
1.2.1.Nguyên lí hoạt động hệ thống truyền tải điện một chiều điện áp cao
HVDC ................................................................................................................. 5
1.2.2.Một số hệ thống truyền tải điện cao áp 1 chiều trên thế giới ..................... 9
1.3. Hệ thống Bac- to-Back .................................................................................. 12
Chương 2 .................................................................................................................. 14
VẤN ĐỀ SUY GIẢM ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ..................................................... 14
2.1 Những nguyên nhân gây ra suy giảm điện áp trên lưới .................................. 14
2.2 Các dạng suy giảm điện áp thường gặp .......................................................... 16
Chương 3 .................................................................................................................. 19
HỆ THỐNG BTB (BACK-TO BACK) CÔNG SUẤT 50 MW ................................ 19
3.1. Mô hình hệ thống và nguyên lý điều khiển ................................................... 19
3.1.1 Mô hình hệ thống ..................................................................................... 19
3.1.2 Nguyên lý điều khiển của hệ thống.......................................................... 21
3.2. Thiết kế các bộ điều khiển ............................................................................. 22
3.2.1 Bộ điều chỉnh dòng điện .......................................................................... 23
3.2.2 Bộ điều chỉnh điện áp một chiều.............................................................. 26
3.2.3 Khâu phát xung SPWM .......................................................................... 28
3.3 Tính toán số liệu mô phỏng .......................................................................... 30

3.4 Kết quả mô phỏng, sử dụng phần mềm PSCAD/EMTDC ............................. 34
i


Vũ Quang Dũng – CB110319

3.4.1 Khi hệ thống bình thường. ....................................................................... 35
3.4.2 Khi hệ thống gặp sự cố trên một lưới ...................................................... 40
Chương 4 .................................................................................................................. 45
ẢNH HƯỞNG CỦA SUY GIẢM ĐIỆN ÁP ĐẾN................................................ 45
HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG.......................................................................... 45
4.1 Tính toán điện áp trên dc – link trong điều kiện suy giảm điện áp ................ 45
4.2 Tính toán thành phần dòng điện và công suất. ............................................... 54
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 57
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 58
P1. Các số liệu dùng trong mô phỏng ................................................................... 58
P2. Biến đổi d-q cho (4.19) ................................................................................... 59
Trước hết, (4.19) có thể viết thành : ..................................................................... 59
P3. Tìm nghiệm phương trình (4.29) .................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 66

ii


Vũ Quang Dũng – CB110319

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu hình cơ bản các thiết bị FACTS ......................................................... 2
Hình 1.2. Tham số ứng dụng của các van bán dẫn hiện đại ..................................... 4
Hình 1.3. Cấu hình cơ bản của hệ thống HVDC …………………………...…….....5

Hình 1.4. Bản đồ vị trí tuyến HVDC+/-600kV Itaipu (Paraguay) – Sao
Paulo(Brazil)………………………………………………………………………...9
Hình 1.5. Bản đồ vị trí tuyến HVDC 350kV Leyte – Luzon, Philipines…….…….10
Hình 1.6. Bản đồ vị trí tuyến HVDC +/-500kV Rihand – Delhi, Ấn Độ……...…...11
Hình 1.7. Cấu hình hệ thống BTB .......................................................................... 12
Hình 2.1. Suy giảm điện áp do khởi động động cơ ................................................. 14
Hình 2.2. Suy giảm điện áp do đóng máy biến áp .................................................. 15
Hình 2.3. Suy giảm điện áp do lỗi một pha ............................................................. 15
Hình 2.4. Một số dạng mất cân bằng điện áp hay gặp ............................................. 16
Hình 2.5. Sự cố trên đường dây truyền tải ............................................................... 17
Hình 2.6. Các dạng mất cân bằng điện áp của từng khu vực ................................... 17
Hình 3.1. Hệ thống BTB 50 MVA ........................................................................... 19
Hình 3.2. Đấu nối giữa converter cell và máy biến áp............................................. 20
Hình 3.3. Kết nối giữa các máy biến áp ................................................................... 21
Hình 3.4. Sơ đồ mạch tương đương của lưới 2 ........................................................ 21
Hình 3.5. Đồ thị vector điện áp của hệ thống BTB.................................................. 22
Hình 3.6. Cấu hình mô phỏng của hệ thống............................................................. 23
Hình 3.7. Bộ điều khiển dòng theo luật PI ............................................................... 25
Hình 3.8. Sơ đồ khối bộ điều chỉnh áp ..................................................................... 27
Hình 3.9. Sơ đồ mạch bộ nghịch lưu........................................................................ 29
iii


Vũ Quang Dũng – CB110319

Hình 3.10. Phát xung SPWM cho IGBT .................................................................. 30
Hình 3.11. Đồ thị đặc tính dòng điện với T=0.1(s) ……..........................................32
Hình 3.12. Đồ thị đặc tính dòng điện với T=0.01(s) ……........................................32
Hình 3.13. Đồ thị đặc tính dòng điện với T=3(ms) ……..........................................33
Hình 3.14. Đồ thị đặc tính dòng điện với T=1(ms) ……..........................................33

Hình 3.15 - 3.18 Đồ thị điện áp (trường hợp bình thường)……….….…………….35
Hình 3.19 -3.22. Đồ thị dòng điện (trường hợp bình thường) ......................... ……37
Hình 3.23. Công suất trao đổi của hệ thống (trường hợp bình thường)................... 39
Hình 3.24 – 3.27.. Đồ thị điện áp (trường hợp sự cố lõm điện áp) .......................... 40
Hình 3.28 – 3.31. Đồ thị dòng điện (trường hợp sự cố lõm điện áp) ....................... 42
Hình 3.32. Công suất trao đổi của hệ thống khi có suy giảm điện áp..…………….44
Hình 4.1 Đồ thị vec tơ các dạng suy giảm điện áp…………………………...……45
Hình 4.2: Sơ đồ cấu trúc mạch của máy biến áp 500kV/33kV
ở phía lưới điệp áp 2…………………………….………………………………...46

iv


Vũ Quang Dũng – CB110319

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

FACTS

Flexible AC Transmission System

Hệ thống truyền tải
xoay chiều linh hoạt

STATCOM Static Synchronous Compensators

Bộ bù đồng bộ tĩnh

UPFC


Unified Power Flow Controller

Bộ điều khiển dòng
công suất hợp nhất

BTB

Back-To-Back system

Hệ thống BTB

VSC

Voltage-Source Converter

Bộ biến đổi nguồn áp

SSSC

Static Series Compensator

Bộ bù tĩnh

GTO

Gate Turn Off thyristor

Thyristo khóa được
bằng cực điều khiển


v


Vũ Quang Dũng – CB110319

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là : Vũ Quang Dũng
Sinh ngày : 22/04/1987
Học viên lớp cao học khóa 2011 - Ngành Điều khiển và Tự Động Hóa - Trường Đại
Học Bách Khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan đề tài “NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ
BTB TRONG ĐIỀU KIỆN LÕM ĐIỆN ÁP” do TS. Phạm Việt Phương hướng dẫn
là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Ngoài các tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối luận văn, tôi đảm bảo rằng
không sao chép các công trình hoặc kết quả của người khác. Nếu phát hiện có sự sai
phạm với điều cam đoan trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Học viên

Vũ Quang Dũng

vi


Vũ Quang Dũng – CB110319

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các lĩnh vực
khoa học và xã hội nhu cầu sử dụng điện năng được tăng cao trong đời sống sinh
hoạt và sản xuất, các hệ thống truyền tải điện được ứng dụng ngày càng nhiều nhằm

đáp ứng nhu cầu về sử dụng. Vì thế sự hiểu biết về các hệ thống này là một việc hết
sức cần thiết đối với một thạc sĩ ngành điện nói chung và bộ môn Tự động hóa nói
riêng.
Với việc học lý thuyết và thực hành là hai việc luôn đi song song với nhau để
giúp học viên có kiến thức sâu và rộng. Chính vì vậy làm luận văn tốt nghiệp sẽ
giúp học viên tiếp cận công nghệ nhanh hơn và hiểu rõ về công nghệ mới đang
được ứng dụng nhiều hơn. Với đề tài : “NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA
THIẾT BỊ BTB TRONG ĐIỀU KIỆN LÕM ĐIỆN ÁP”.
Tôi thấy đây là một đề tài có quy mô và ứng dụng thực tế lớn. Với sự cố gắng
của bản thân cùng với sự chỉ bảo của các thầy cô trong bộ môn và đặc biệt thầy
Phạm Việt Phương đã giúp tôi hoàn thành luận văn này. Trong bản luận văn này
mặc dù đã cố gắng song với sự hiểu biết và những kiến thức đã học còn hạn chế nên
không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo tận
tình của các thầy cô giáo và các bạn để bản luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.

Hà Nội, tháng 9 năm 2013
Học viên thực hiện

Vũ Quang Dũng

vii


Vũ Quang Dũng – CB110319

Chương 1
TÌM HIỂU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN TẢI
LINH HOẠT FACTS
1.1 Giới thiệu chung về các thiết bị FACTS
1.1.1.Tìm hiểu chung về các thiết bị FACTS

Trong nhiều năm trở lại đây, nhu cầu sử dụng điện năng tăng cao ở rất nhiều
quốc gia trên thế giới, tuy nhiên những khó khăn về năng lượng, kinh tế, và môi
trường... đã trì hoãn việc xây dựng những nhà máy điện cũng như hệ thống truyền
tải điện mới. Trước thực trạng này, vấn đề đặt ra đối với các hệ thống điện là phải
được điều khiển linh hoạt, cung cấp và được truyền tải tốt hơn, vì vậy khái niệm về
hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible AC Transmission
System) được đưa ra. Các thiết bị FACTS phổ biến ngày nay là bộ bù đồng bộ tĩnh
STATCOM (STATic Synchronous Compensator), bộ điều khiển dòng công suất
thống nhất UPFC (United Power Flow Controller) và hệ thống Back-to-Back (BTB
System) đã được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện với mục đích làm tăng tính
ổn định và tăng khả năng truyền tải [4].
STATCOM là thiết bị FACTS sử dụng bộ biến đổi công suất lớn với các van
bán dẫn có khả năng tự chuyển mạch đầu tiên ở hệ thống điện. Vào năm 1991, lần
đầu tiên trên thế giới, một hệ thống STATCOM công suất 80 MW được đưa vào lắp
đặt trong hệ thống truyền điện tải tại trạm biến áp Inuyama của Công ty điện lực
Kansai Nhật Bản nhằm nâng cao sự ổn định của hệ thống điện [9]. Tháng 3 năm
1992, Công ty điện lực Tokyo và tập đoàn Toshiba cùng nhau thử nghiệm lắp đặt
một hệ thống STATCOM-50 MVA sử dụng các van GTO (Gate-turn off thyristor)
tại trạm biến áp Shin-Shinano để xác minh hiệu quả thực tế và độ tin cậy lâu dài của
hệ thống [10]. Vào năm 2004, hệ thống STATCOM 80 MVA do công ty điện lực
Kansai lắp đặt tại trạm biến áp Kanzaki nhằm duy trì điện áp ổn định mà không phá
vỡ tải các trạm khi gặp các sự cố đột ngột [11].
UPFC là thiết bị FACTS có khả năng điều khiển dòng công suất hợp nhất trên
đường dây một cách linh hoạt. Khái niệm UPFC được tiến sĩ Gyugyi đưa ra lần đầu
1


Vũ Quang Dũng – CB110319

tiên vào năm 1991, hệ thống UPFC được lắp đặt sớm nhất tại trạm biến áp Inez

bang Kentucky Mỹ có dung lượng 160 MVA bởi công ty điện lực Hoa Kỳ (AEP),
nhằm tăng khả năng truyền tải điện và nâng cáo chất lượng điện áp ở khu vực Inez
[6], [12], [13]. Năm 2003, hệ thống UPFC 80 MVA sử dụng các van GTO được
Tổng công ty Điện lực Hàn Quốc (KEPCO) lắp đặt tại trạm biến áp Kangjin để
truyền tải công suất và ổn định hệ thống điện khu vực Kangjin [14], [15].
Hệ thống Back-to-Back (BTB) là một bước tiến tiếp theo trong việc áp dụng các
bộ biến đổi công suất lớn sử dụng thế hệ các van bán dẫn có khả năng tự chuyển
mạch vào trong hệ thống truyền tải điện năng nhằm mục đích điều khiển dòng công
suất, biến đổi tần số và điều chỉnh điện áp. Vào tháng 9 năm 1996, hệ thống BTB
100 MW với phần điện áp một chiều 10 kV được ABB đưa vào hoạt động nhằm
thay đổi tần số giữa lưới điện ba pha 50 Hz và lưới điện một pha 16

2
-Hz ở
3

Bremen, Đức với mục đích phục vụ cho hệ thống tàu điện ở khu vực này [18], [19].

1.1.2. Cấu hình cơ bản của các thiết bị FACTS

Hình 1.1. Cấu hình cơ bản các thiết bị FACTS
2


Vũ Quang Dũng – CB110319

Hình 1.1 mô tả cấu hình cơ bản nhất của các thiết bị FACTS dưới dạng sơ đồ
một sợi [5]. Theo đó, thiết bị STATCOM được tạo thành từ một bộ biến đổi nguồn
áp VSC (Voltage Source Converters), tụ một chiều các máy biến áp nối dạng shunt.
STATCOM trao đổi công suất phản kháng với lưới qua bộ VSCs bằng cách bơm

vào lưới một nguồn dòng tại điểm đấu nối. Cấu hình của thiết bị UPFC gồm có hai
bộ VSC được đấu nối với nhau thông qua liên kết một chiều còn phần xoay chiều
của chúng được nối với lưới thống qua các máy biến áp mắc theo kiểu shunt và
series. Cấu hình này cho phép UPFC có khả năng trao đổi cả công suất tác dụng và
công suất phản kháng với lưới bằng cách bơm vào lưới một dòng điện ở phía nối
shunt và một điện áp ở phần nối series. Hệ thống BTB có cấu hình tương tự với
UPFC, gồm có hai bộ VSC nối với nhau thông liên kết một chiều và nối với lưới
qua các máy biến áp mắc kiểu shunt. BTB kết nối giữa hai lưới điện khác nhau có
khả năng điều khiển sự trao đổi công suất tác dụng và công suất phản kháng độc lập
với nhau, ngoài ra còn điều chỉnh điện áp, tần số.
Nhìn chung, các thiết bị FACTS đưa ra ở trên đều sử dụng bộ biến đổi nguồn áp
thay vì sử dụng bộ biến đổi nguồn dòng bởi hiệu suất cao hơn và chi phí thấp hơn
[4]. Về cơ bản, khi thiết kế các bộ biến đổi nguồn áp, có thể dựa trên hai loại van
bán dẫn khác nhau. Một là sử dụng các loại van bán dẫn thông thường, như các
thyristor Silicon Controlled Rectifier (SCR) là các loại thyristor chỉ có khả năng
điều khiển mở bằng xung điều khiển và không điều khiển đóng bằng xung được mà
phải dùng một nguồn ngoài cung cấp điện áp chuyển mạch. Việc phải dùng thêm
một nguồn phụ nêu trên sẽ làm tiêu tốn công suất phản kháng và đôi khi trong quá
trình chuyển mạch sẽ gặp phải sự cố ở chế độ nghịch lưu do các sóng hài dòng điện
bậc thấp gây ra. Tuy nhiên với những thành tựu đạt được gần đây của công nghệ
bán dẫn, thế hệ các van bán dẫn kiểu mới ra đời, có khả năng tự động chuyển trạng
thái mở và ngắt, chịu được dòng và áp lớn, được đưa vào dùng trong bộ biến đổi
nguồn áp đã hoàn toàn loại bỏ được những nhược điểm mà khi sử dụng các van thế
hệ trước gặp phải [3]. Các van bán dẫn kiểu mới được biết đến như các thyristor
GTO (Gate Turn Off thyristor), các transistor IGBT (Integrated Gate Bipolar
Transistor), IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor).
Hình 1.2 mô tả khả năng ứng dụng của các van bán dẫn ở các dải điện áp và
dòng điện khác nhau [1]. Theo đó, các van bán dẫn dạng SCR có thể chịu được điện
áp / dòng điện ở mức 12 kV /1.5 kA và 4.8 kV /5 kA, với các van GTO, GCT,
3



Vũ Quang Dũng – CB110319

IGCT là 6 kV/ 6 kA, các van IGBT là 6.5 kV /0.6 kA hoặc 1.7 kV /3.6 kA. Thông
thường, những bộ biến đổi công suất trên lưới phải có khả năng duy trì hoạt động
ngay cả khi lưới điện gặp phải sự cố hay mất cân bằng. Vì vậy, các thiết bị bán dẫn
được sử dụng thường phải đáp ứng được những tính chất sau [5]:
 Điện áp khóa van cao
 Dòng điện khóa van cao
 Công suất tổn hao trên van thấp
 Thời gian đóng, mở van ngắn
 Phù hợp cho mắc nối tiếp nhiều van
 Chịu được biến thiên điện áp, dòng điện lớn
 Thoát nhiệt tốt
 Ít hỏng hóc

Hình 1.2. Thông số ứng dụng của các van bán dẫn hiện đại [1]
Về cơ bản, việc lắp đặt, vận hành những thiết bị FACTS nhằm mang lại những
mục đích sau đối với hệ thống truyền tải điện:
4


Vũ Quang Dũng – CB110319

 Điều khiển dòng công suất
 Biến đổi tần số
 Tăng khả năng truyền tải
 Điều chỉnh điện áp
 Bù công suất phản kháng

 Nâng cao độ ổn định hệ thống
 Nâng cao chất lượng điện năng
 Điều hòa điện năng
 Giảm độ nhấp nhô điện áp
 Liên kết hệ thống điện giữa các khu vực
Những bộ biến đổi công suất thường được sử dụng trong các thiết bị FACTS là
các bộ nghịch lưu đa mức, với các sơ đồ như cầu H nối tầng, sơ đồ dùng diod kẹp
tạo điểm trung tính hoặc sử dụng tụ bay.

1.2.Công nghệ truyền tải điện một chiều điện áp cao HVDC
Hệ thống truyền tải điện một chiều cao áp (HVDC – High Voltage Direct
Current) là một phương pháp truyền tải điện năng với công suất lớn và 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 để thiết kế các hệ thống truyền tải một chiều, sau đó các hệ thống truyền tải
một chiều chỉ còn sử dụng các thiết bị bán dẫn trạng thái rắn (Solid – State
Semiconductor Device ).Cùng với sự phát triển của các van điện tử công suất có
điều khiển (Thiristor, GTO, IGBT,…) đến nay đã khiến cho công nghệ truyền tải
điện một chiều trở nên có tính khả thi cao.
1.2.1.Nguyên lí hoạt động hệ thống truyền tải điện một chiều điện áp cao
HVDC

Hình 1.3.Cấu hình cơ bản của hệ thống HVDC
5


Vũ Quang Dũng – CB110319

Cầu chỉnh lưu và nghịch lưu có cấu tạo giống nhau, phía chỉnh lưu cho phép dòng
công suất đi từ phía xoay chiều (AC.) sang phía 1 chiều (DC.), phía nghịch lưu thì

cho phép đi từ phía DC sang phía AC. Các bộ chuyển đổi công suất có chế độ làm
việc khác nhau ở góc mở

,

bộ chỉnh lưu làm việc với góc 0    90 , bộ
0

0

nghịch lưu làm việc với góc 90    180 .Các van Thyristor làm việc như những
chiếc khóa đóng – mở, nó sẽ mở và dẫn dòng khi có xung kích hoạt vào cực điều
0

0

khiển (pulse gate) và đồng thời được đặt điện áp thuận lên 2 cực (Anot + Katot-).
Mỗi Thyristor chỉ dẫn dòng theo 1 chiều duy nhất, nó chỉ khóa khi được đặt một
điện áp ngược lên 2 cực A-K và dòng về 0.
 Quá trình chuyển mạch:
Quá trình chỉnh lưu và nghịch lưu của các bộ chuyển đổi công suất cao áp 1 chiều
dựa trên quá trình chuyển mạch tự nhiên (natural commutation). Các van hoạt động
như những thiết bị chuyển mạch sao cho điện áp xoay chiều đầu vào (AC) lần lượt
được đóng mở để có đầu ra là điện áp 1 chiều. Đồng thời với quá trình chuyển mạch
của bộ chuyển đổi, ở 2 đầu ra trạm nghịch lưu đấu nối vào hệ thống AC phải là
điện áp xoay chiều 3 pha sạch (không có sóng hài). Khi một van được mở, nó sẽ bắt
đầu dẫn dòng trong khi van tiếp theo có dòng giảm dần về 0 và đóng. Trong quá
trình chuyển mạch, dòng điện sẽ lần lượt chảy qua đồng thời 2 van xác định.
 Quá trình chỉnh lưu:
Mỗi van sẽ mở khi nó nhận được xung kích hoạt ở cổng G (gate) và điện áp thuận

đặt lên nó lớn hơn điện áp thuận của van đang dẫn. Dòng điện chảy qua van không
thể thay đổi đột ngột vì sự chuyển mạch phải qua cuộn dây máy biến áp. Điện
kháng của cuộn dây máy biến áp đóng vai trò là điện kháng chuyển mạch. Giá trị
điện kháng chuyển mạch tại bộ chỉnh lưu và nghịch lưu được mô phỏng bởi điện
kháng Xc. Tổng hợp các dòng qua van sẽ được chuyển sang phía DC và chạy qua
cuộn kháng phía một chiều (kháng san phẳng). Kháng san phẳng và kháng chuyển
mạch trong MBA sẽ san phẳng dòng điện một chiều đầu ra của bộ chỉnh lưu.
 Quá trình nghịch lưu:
Hệ thống điện xoay chiều 3 pha của lưới điện sau máy biến áp sẽ cung cấp điện áp
xoay chiều 3 pha đặt lên các van của bộ nghịch lưu. Điện áp xoay chiều này sẽ đặt
lên Thyristor các điện áp thuận và điện áp nghịch, gây ra quá trình chuyển mạch
giữa các van giống như là phía chỉnh lưu. Điều kiện để các van mở và dẫn dòng là
6


Vũ Quang Dũng – CB110319

giá trị tuyệt đối của điện áp trên dường dây 1 chiều phải lớn hơn trị số tuyệt đối của
trị trung bình điện áp chuyển mạch phía nghịch lưu.
Đối với đường dây liên kết 1 chiều sử dụng phương thức chuyển mạch tự nhiên thì
dòng công suất chỉ có thể truyền theo 1 hướng cùng với hướng của dòng điện, van
chỉ cho phép dẫn dòng theo 1 chiều nhất định. Hướng công suất chỉ có thể đổi chiều
khi thay đổi cực tính của điện áp 1 chiều. Để có phương thức vận hành trao đổi
công suất theo 2 chiều (tức là chuyển đổi vai trò của bộ chỉnh lưu và nghịch lưu) thì
cần tác động vào hệ thống điều khiển xung kích hoạt van ở cả 2 đầu chỉnh lưu
nghịch lưu.
Ưu điểm của hệ thống truyền tải điện một chiều điện áp cao:
 Lý do kinh tế:
- Suất đầu tư cho đường dây truyền tải 1 chiều thấp hơn xoay chiều do thiết kế cột
của đường dây 1 chiều gọn nhẹ hơn. Thông thường khi tính toán kinh tế đối với các

dự án truyền tải trên thế giới, suất đầu tư cho đường dây DC bằng 0.8 lần đường
dây AC cùng điện áp, số mạch.
- Hành lang tuyến của đường dây HVDC nhỏ hơn HVAC: Do thiết kế cột gọn nhẹ
hơn, số mạch ít hơn và ảnh hưởng của điện trường tĩnh đến sức khỏe con người
tương tự như từ trường trái đất và không cần được tính toán kỹ như đường dây
xoay chiều nên hành lang tuyến của đường dây DC nhỏ gọn hơn AC, chi phí cho
đền bù, giải phóng mặt bằng thấp hơn.
- Tổn thất công suất trên đường dây truyền tải của hệ thống DC thấp hơn AC cùng
điện áp. Theo tính toán của chương VI thì tổn thất của đường dây DC chỉ bằng 80%
đường dây AC khi truyền tải cùng công suất, khoảng cách. Điều này dẫn đến chi
phí tổn thất điện năng của hệ thống HVDC thấp hơn HVAC.
- 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 cần được bù đắp bởi chi phí
giảm được của đường dây 1 chiều và tổn thất điện năng. Khoảng cách càng dài thì
truyền tải 1 chiều càng có lợi, từ đó xuất hiện một điểm cân bằng, tại đó 2 hệ thống
DC và AC 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

7


Vũ Quang Dũng – CB110319

vượt biển thì khoảng cách của điểm cân bằng ngắn hơn nhiều so với đường dây trên
không.
 Lý do kĩ thuật:
- Đường dây siêu cao áp một chiều không có công suất phản kháng, chỉ truyền tải
công suất tác dụng nên không gặp các vấn đề về quá điện áp trên đường dây dài như
hệ thống xoay chiều.
- Liên kết 2 hệ thống không đồng bộ: Hệ thống HVDC có thể giúp trao đổi công

suất giữa các hệ thống điện khác nhau về tần số, điều độ vận hành, thậm chí có thể
liên kết giữa hệ thống điện mạnh với hệ thống điện yếu hơn nhiều mà không làm
ảnh hưởng đến nhau.
- Đối với những đường cáp biển có chiều dài trên 50km thì truyền tải bằng đường
cáp xoay chiều là không khả thi, trong khi đó, cáp HVDC có thể truyền tải hàng
trăm km (lên đến 600km).
- Hệ thống HVDC có khả năng cách ly sự cố rã lưới và tăng độ ổn định hệ thống
điện. Sự cố rã lưới năm 2003 ở Bắc Mỹ gây hậu quả rất nghiêm trọng, gây mất điện
trên diện rộng và chỉ dừng lại khi gặp đường dây một chiều liên kết với Canada.
Nhiều hệ thống HVDC có khả năng phát ra công suất phản kháng độc lập với công
suất tác dụng, do đó có tác dụng như nguồn áp, có thể cấp điện cục bộ cho những hệ
thống điện yếu, tăng ổn định hệ thống điện.
- Các nhược điểm về mặt kỹ thuật của hệ thống HVDC chủ yếu liên quan đến vấn
đề xử lý sóng hài khá phức tạp, nếu không được lọc tốt có thể ảnh hưởng đến hoạt
động của các máy điện xoay chiều, gây nhiễu sóng thông tin liên lạc.

8


Vũ Quang Dũng – CB110319

1.2.2.Một số hệ thống truyền tải điện cao áp 1 chiều trên thế giới
 HVDC+/-600kV Itaipu (Paraguay) – Sao Paulo (Brazil)

Hình 1.4.Bản đồ vị trí tuyến HVDC+/-600kV Itaipu (Paraguay) – Sao Paulo(Brazil)
Cho đến thời điểm này, đây là hệ thống truyền tải điện 1 chiều vận hành điện áp cao
nhất thế giới (+/-600kV) nối thủy điện Itaipu 12600 MW (Paraguay) với thành phố
Sao Paulo (Brazil) thông qua 4 mạch DC (2 mạch kép). Hệ thống này hiện thuộc
quyền sở hữu của Furnas Centrais Elétricas S.A. (Brazil). Pha 1 là đường dây mạch
kép vận hành ở cấp 300kV năm 1984 và nâng lên 600kV năm 1985. Pha 2 là đường

dây mạch kép còn lại vận hành năm 1987. Ban đầu, trạm chuyển đổi được vận hành
với công suất dạng bậc thang sao cho tương ứng với các giai đoạn lắp máy của nhà
máy thủy điện.
Một số thông số kỹ thuật:
- Năm vận hành: 1984-1987.
- Công suất truyền tải: 3150 (mạch 1) + 3150 (mạch 2) = 6300 MW.
- Điện áp 1 chiều: +/- 600 kV.
- Chiều dài đường dây trên không: 785 km + 805 km.
9


Vũ Quang Dũng – CB110319

- Lý do chính lựa chọn HVDC: Khoảng cách lớn, 2 hệ thống điện khác tần số
(máy phát tại Itaipu có tần số 50Hz, nơi nhận Sao Paulo có tần số 60Hz).
Lượng công suất còn lại 6300 MW của TĐ Itaipu được truyền tải về Sao Paulo
bằng 3 mạch đường dây xoay chiều 750 kV.
 HVDC 350kV Leyte – Luzon, Philipines

Hình 1.5.Bản đồ vị trí tuyến HVDC 350kV Leyte – Luzon, Philipines
Dưới sự quản lý của tập đoàn điện lực quốc gia Philipines, đường dây HVDC
350kV truyền tải công suất 440 MW từ nhà máy địa nhiệt trên đảo Leyte tới phía
nam đảo Luzon liên kết với hệ thống xoay chiều. Ngoài cung cấp công suất cho hệ
thống điện chính của Philipines, đường dây HVDC còn tăng cường ổn định hệ
thống điện xoay chiều. Hệ thống HVDC này vận hành 10/08/1998.
Một số thông số cơ bản:
- Công suất truyền tải: 440 MW.
- Điện áp 1 chiều: 350 kV.
- Chiều dài đường dây trên không: 430 km.
- Chiều dài cáp biển: 21 km.

10


Vũ Quang Dũng – CB110319

 HVDC +/-500kV Rihand – Delhi, Ấn Độ

Hình 1.6.Bản đồ vị trí tuyến HVDC +/-500kV Rihand – Delhi, Ấn Độ
Tập đoàn nhiệt điện quốc gia Ấn Độ đã xây dựng một nhà máy nhiệt điện chạy than
công suất 3000 MW tại quận Sonebhadra thuộc bang Uttar Pradesh, gọi tên là trung
tâm nhiệt điện Rihand. Một phần công suất ở Rihand được truyền về Delhi bằng
đường dây một chiều lưỡng cực, công suất 1500 MW điện áp +/- 500kV. Phần còn
lại được phát lên lưới xoay chiều 400kV. Có nhiều lý do để lựa chọn hệ thống
HVDC +/-500kV thay vì AC400kV, nhưng những lý do chính là: lợi ích kinh tế tốt
nhất, mất ít hành lang tuyến, tổn thất truyền tải thấp hơn, ổn định hệ thống điện và
khả năng điều khiển tốt hơn.
Một số thông số kỹ thuật:
- Năm vận hành: 1990.
- Công suất truyền tải: 1500 MW.
- Điện áp truyền tải: +/- 500 kV.
- Chiều dài đường dây trên không: 814 km.
- Lý do lựa chọn HVDC: chiều dài lớn, ổn định hệ thống điện.
11


Vũ Quang Dũng – CB110319

1.3. Hệ thống Bac- to-Back
Hệ thống Back To Back (BTB) được cấu tạo từ các bộ biến đổi công suất lớn
sử dụng các van bán dẫn có khả năng tự chuyển mạch, van chịu được dòng điện và

điện áp rất lớn. Và sử dụng công nghệ truyền tải điện một chiều cao áp HVDC. Hệ
thống BTB được lắp đặt trong lưới điện nhằm mục đích điều khiển dòng công
suất, chuyển đổi tần số của lưới, điều chỉnh điện áp hoặc sự kết hợp của các thành
phần trên. Hệ thống BTB được sử dụng rộng rãi nhờ vào những ưu điểm sau [17][20]:


Quá trình chuyển mạch không bị lỗi ngay cả khi điện áp sụt giảm hoặc
gặp sự cố ở hệ thống lưới điện.



Kết nối đồng bộ giữa 2 hệ thống lưới điện.



Không cần thiết bị cung cấp công suất phản kháng khi ngắn mạch hệ
thống.



Không cần lọc sóng hài vì nó tạo ra điện áp gần như hình sin ở phía
xoay chiều.



Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng độc lập với
nhau.

Hình 1.7. Cấu hình hệ thống BTB
Trong hình 1.7, hệ thống BTB được lắp đặt giữa hai lưới điện gần nhau. Hai bộ

biến đổi được liên kết bới mạch DC. Khi điện năng được truyền tải từ lưới 1 sang
lưới 2, bộ biến đổi 1 hoạt động như một bộ chỉnh lưu, còn bộ 2 hoạt động như một
bộ nghịch lưu. Hệ thống BTB có thể điều khiển dòng công suất tác dụng và công
12


Vũ Quang Dũng – CB110319

suất phản kháng từ lưới điện vào hệ thống BTB hoặc điều chỉnh biên độ và góc pha
tại đầu ra của điện áp xoay chiều ở mỗi bên của hệ thống BTB. Sự tương tác giữa
các thành phần tác dụng và phản kháng có thể được triệt tiêu bằng cách chuyển đổi
các giá trị tức thời của điện áp ba pha và dòng điện sang hệ tọa độ d-q [17].
Một hệ thống BTB khi hoạt động sẽ gặp các vấn đề trong khi truyền tải như suy
giảm điện áp trên lưới, hao phí công suất trên đường dây truyền tải. Trong bản luận
văn này sẽ trình bày những đặc tính, vấn đề cơ bản của hệ thống BTB 50 MVA hoạt
động giũa 2 lưới điện gần nhau khi hoạt động bình thường và xảy ra sự cố suy giảm
điện áp trên lưới qua các chương sau:
 Chương 2 : Vấn đề suy giảm điện áp trên lưới truyền tải
 Chương 3: Hệ thống BTB 50 MVA : Đề cập đến mô hình của hệ thống BTB
trên lý thuyết, thiết kế các khối điều khiển , bộ điều chỉnh dòng điện, điện áp,
khâu phát xung và kết quả mô phỏng hoạt động của hệ thống trong trường
hơp bình thường và khi có sự cố.
 Chương 4: Ảnh hưởng của suy giảm điện áp đến hoạt động của hệ thống
BTB : Gồm có ảnh hưởng của hệ số lõm điện áp, của thông số bộ điều chỉnh
dòng, điều chỉnh điện áp đến hoạt động của hệ thống thông qua các biểu thức
tính toán.

13



Vũ Quang Dũng – CB110319

Chương 2
VẤN ĐỀ SUY GIẢM ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI
2.1 Những nguyên nhân gây ra suy giảm điện áp trên lưới
Suy giảm điện áp trên lưới là hiện tượng mà điện áp lưới có biên độ đột ngột
thấp hơn so với bình thường trong một khoảng thời gian tương đối ngắn. Các
nguyên nhân gây ra là do điện áp bị lỗi, đóng ngắt máy biến áp hoặc động cơ vào
lưới dẫn đến việc dòng điện tăng mạnh kết quả là điện áp giảm xuống đột ngột. Mặc
dù thời gian diễn ra tương đối ngắn nhưng ảnh hưởng của suy giảm điện áp đến hệ
thống, các thiết bị vận hành và tải là rất nghiêm trọng.
Khi động cơ khởi động, dòng khởi động cần phải đạt giá trị rất lớn lúc đóng
động cơ vào lưới. Điện áp ba pha của lưới sẽ đột ngột giảm xuống và dần dần phục
hồi sau đó cân bằng trở lại khi tải của động cơ cân bằng.

Hình 2.1. Suy giảm điện áp do khởi động động cơ [23]
Khi động cơ khởi động, dòng khởi động cần phải đạt giá trị rất lớn lúc đóng
động cơ vào lưới. Ở hình 2.1 Điện áp ba pha của lưới sẽ đột ngột giảm xuống và
dần dần phục hồi sau đó cân bằng trở lại khi tải của động cơ cân bằng.
14


Vũ Quang Dũng – CB110319

Hình 2.2. Suy giảm điện áp do đóng máy biến áp [23]
Khi đóng một máy biến áp có công suất lớn vào lưới cũng gây hiện tượng suy
giảm điện áp tuy nhiên độ suy giảm ở mỗi pha của lưới là không đều nhau và quá
trình phục hồi điện áp diễn ra chậm (hình 2.2).

Hình 2.3. Suy giảm điện áp do lỗi một pha [23]

Khi có lỗi trên một pha của đường dây truyền tải, gây ra suy giảm điện áp , điện
áp sau khi phục hồi có biên độ bằng với biên độ điện áp trước khi sảy ra sự cố (hình
2.3).
15


Vũ Quang Dũng – CB110319

2.2 Các dạng suy giảm điện áp thường gặp
Thông thường, lưới điện truyền tải là 3 pha đối xứng, khi có sự cố suy giảm
điện áp sẽ gây ra hiện tượng mất cân bằng điện áp giữa các pha, tuy nhiên ở mỗi
khu vực tải là khác nhau do việc đấu nối giữa các máy biến áp của mỗi khu vực là
khác nhau. Các loại sự cố suy giảm điện áp thường gặp phải gồm có 7 loại được thể
hiện qua mô hình vector của điện áp 3 pha như hình sau [23]:

Hình 2.4. Một số dạng mất cân bằng điện áp hay gặp
 Loại A: Suy giảm điện áp trên cả 3 pha, không mất cân bằng
 Loại B: Suy giảm điện áp ở 1 pha, góc lệch các pha không đổi
 Loại C: Suy giảm điện áp ở 2 pha, có thay đổi 2 góc lệch pha
 Loại D: Suy giảm điện áp ở 1 pha, có thay đổi 2 góc lệch pha
 Loại E: Suy giảm điện áp ở 2 pha, góc lệch các pha không đổi
 Loại F: Suy giảm điện áp ở 2 pha
 Loại G: Suy giảm điện áp trên cả 3 pha, không mất cân bằng
Theo mô hình trên, ta xét các kiểu lỗi khi điện năng được phân phối qua lưới
đến các trạm biến áp.

16


Vũ Quang Dũng – CB110319


Hình 2.5. Sự cố trên đường dây truyền tải
Hình 2.5 mô tả quá trình truyền tải điện năng từ nguồn đến tải trong đó có xảy
ra hiện tượng lỗi pha của đường dây truyền tải. Theo đó, với các dạng lỗi khác nhau
và sau khi qua các biến áp, ta có nhưng dạng mất cân bằng điện áp được nêu ra dưới
đây:

Hình 2.6. Các dạng mất cân bằng điện áp của từng khu vực
Gọi hệ số suy giảm điện áp là h, điện áp 3 pha ban đầu là


V  V .sin 
 a

2

Vb  V .sin   
3



4

Vc  V .sin   
3











Khi đó điện áp từng pha ứng với mỗi dạng mất cân bằng được tính như sau:
17


Vũ Quang Dũng – CB110319

Trong các type đã được giới thiệu ở trên, type A và type B là hai dạng phổ biến
thường gặp nhất ở trong các hệ thống điện, tuy nhiên hậu quả của nó không quá
nghiêm trọng và chúng ta có thể dễ dàng khắc phục. Type C type D type F type G là
những dạng nguy hiểm , nó gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng tới đường dây và
cũng là dạng mà rất khó để khắc phục hậu quả. Trong khuôn khổ nội dung đồ án
này sẽ trình bày về dạng điện áp suy giảm type B là dạng cơ bản nhất đối với các
thiết bị FACTS

18