Trạm chuyển đổi HVDC (hoặc đơn giản là ) là một loại trạm biến áp chuyên dụng tạo thành thiết bị đầu cuối cho đường truyền dòng điện cao áp (HVDC). [19659002] Nó chuyển đổi dòng điện trực tiếp thành dòng điện xoay chiều hoặc ngược lại. Ngoài bộ chuyển đổi, trạm thường chứa:

• Thiết bị chuyển mạch dòng điện xoay chiều ba pha
• máy biến áp
• hoặc tụ điện đồng bộ cho công suất phản kháng
• bộ lọc để triệt tiêu sóng hài, và
• Thiết bị chuyển đổi dòng điện trực tiếp. chỉnh sửa ]

  Bộ chuyển đổi [ chỉnh sửa ]

  

  Bộ chuyển đổi thường được cài đặt trong một tòa nhà gọi là sảnh van. Các hệ thống HVDC ban đầu sử dụng van hồ quang thủy ngân, nhưng từ giữa những năm 1970, các thiết bị trạng thái rắn như thyristor đã được sử dụng. Bộ chuyển đổi sử dụng thyristor hoặc van hồ quang thủy ngân được gọi là bộ chuyển đổi giao hoán dòng . Trong các bộ chuyển đổi dựa trên thyristor, nhiều thyristor được kết nối thành chuỗi để tạo thành van thyristor và mỗi bộ chuyển đổi thường bao gồm sáu hoặc mười hai van thyristor. Các van thyristor thường được nhóm theo cặp hoặc nhóm bốn và có thể đứng trên chất cách điện trên sàn hoặc treo từ cách điện từ trần nhà.

  Bộ chuyển đổi giao hoán dòng yêu cầu điện áp từ mạng AC để chuyển đổi, nhưng từ cuối những năm 1990, bộ chuyển đổi nguồn điện áp đã bắt đầu được sử dụng cho HVDC. Bộ chuyển đổi nguồn điện áp sử dụng các bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện thay vì thyristor, và chúng có thể cung cấp năng lượng cho hệ thống AC được khử trùng.

  Hầu như tất cả các bộ chuyển đổi được sử dụng cho HVDC về bản chất đều có thể hoạt động với chuyển đổi năng lượng theo một trong hai hướng. Chuyển đổi năng lượng từ AC sang DC được gọi là cải chính và chuyển đổi từ DC sang AC được gọi là đảo ngược .

  Thiết bị DC [ chỉnh sửa ]

  

  Chấm dứt cáp HVDC và lò phản ứng làm mịn DC trên liên kết HVDC Cáp Baltic.

  Thiết bị dòng điện trực tiếp thường bao gồm một cuộn dây (được gọi là ] lò phản ứng ) có thêm cuộn cảm nối tiếp với dòng DC để giúp làm trơn dòng điện trực tiếp. Độ tự cảm thường lên tới từ 0,1 H đến 1 H. Lò phản ứng làm mịn có thể có lõi không khí hoặc lõi sắt. Cuộn dây lõi sắt trông giống như máy biến áp cao áp chứa đầy dầu. Cuộn dây làm mịn lõi không khí giống như, nhưng lớn hơn đáng kể so với cuộn dây tần số sóng mang trong các đường truyền điện áp cao và được hỗ trợ bởi các chất cách điện. Cuộn dây không khí có ưu điểm là tạo ra tiếng ồn ít hơn so với cuộn dây lõi sắt, chúng loại bỏ được nguy cơ tiềm ẩn đối với dầu tràn và chúng không bão hòa trong điều kiện lỗi dòng điện cao thoáng qua. Phần này của nhà máy cũng sẽ chứa các dụng cụ đo dòng điện và điện áp trực tiếp.

  Bộ lọc dòng điện trực tiếp đặc biệt được sử dụng để loại bỏ nhiễu tần số cao. Các bộ lọc như vậy là bắt buộc nếu đường truyền sẽ sử dụng các kỹ thuật giao tiếp đường dây điện để liên lạc và điều khiển hoặc nếu đường dây trên không sẽ chạy qua các khu vực đông dân cư. Các bộ lọc này có thể là bộ lọc LC thụ động hoặc bộ lọc hoạt động, bao gồm bộ khuếch đại được ghép nối thông qua máy biến áp và tụ điện bảo vệ, đưa tín hiệu lệch pha với tín hiệu nhiễu trên đường dây, do đó loại bỏ nó. Một hệ thống như vậy đã được sử dụng trong dự án HVDC Cáp Baltic.

  Máy biến áp chuyển đổi [ chỉnh sửa ]

  

  Máy biến áp chuyển đổi một pha, ba cuộn dây.

  Máy biến áp chuyển đổi tăng cường điện áp của mạng cung cấp AC. Sử dụng kết nối từ sao đến đồng bằng hoặc "wye-delta" của cuộn dây máy biến áp, bộ chuyển đổi có thể hoạt động với 12 xung cho mỗi chu kỳ trong nguồn cung cấp AC, giúp loại bỏ nhiều thành phần dòng điện hài. Cách điện của cuộn dây máy biến áp phải được thiết kế đặc biệt để chịu được điện thế DC lớn đối với trái đất. Máy biến áp chuyển đổi có thể được chế tạo lớn tới 300 megavolt-amperes (MW) như một đơn vị. Việc vận chuyển các máy biến áp lớn hơn là không thực tế, vì vậy khi cần xếp hạng lớn hơn, một số máy biến áp riêng lẻ được kết nối với nhau. Có thể sử dụng hai đơn vị ba pha hoặc ba đơn vị một pha. Với biến thể sau chỉ có một loại máy biến áp được sử dụng, làm cho việc cung cấp máy biến áp dự phòng tiết kiệm hơn.

  Máy biến áp chuyển đổi hoạt động với các bước công suất thông lượng cao Trong bốn bước của bộ chuyển đổi trên mỗi chu kỳ, và do đó tạo ra nhiều tiếng ồn hơn so với máy biến áp điện ba pha thông thường. Hiệu ứng này cần được xem xét trong việc định vị trạm chuyển đổi HVDC. Vỏ giảm tiếng ồn có thể được áp dụng.

  Công suất phản kháng [ chỉnh sửa ]

  Khi sử dụng bộ chuyển đổi giao hoán dòng, trạm chuyển đổi sẽ yêu cầu từ 40% đến 60% mức công suất của nó là công suất phản kháng. Điều này có thể được cung cấp bởi các tụ điện chuyển đổi hoặc bởi các tụ điện đồng bộ, hoặc nếu một trạm phát điện phù hợp được đặt gần nhà máy biến tần tĩnh, các máy phát trong trạm điện. Nhu cầu về công suất phản kháng có thể giảm nếu máy biến áp chuyển đổi có bộ thay đổi vòi trên tải với một phạm vi vòi đủ để điều khiển điện áp xoay chiều. Một số yêu cầu công suất phản kháng có thể được cung cấp trong các thành phần bộ lọc sóng hài.

  Bộ chuyển đổi nguồn có điện áp có thể tạo hoặc hấp thụ công suất phản kháng cũng như công suất thực và thường không cần thiết bị phản ứng bổ sung.

  Bộ lọc sóng hài [ chỉnh sửa ]

  Bộ lọc sóng hài là cần thiết để loại bỏ sóng hài và để sản xuất công suất phản kháng tại các trạm chuyển đổi dòng. Tại các nhà máy có sáu bộ biến đổi giao thoa dòng xung, các bộ lọc sóng hài phức là cần thiết bởi vì có các sóng hài được đánh số lẻ của các đơn đặt hàng

  ${ displaystyle 6n + 1} [19659037] { displaystyle 6n + 1} “/> và$
  ${ displaystyle 6n-1}$

  được sản xuất ở phía AC và thậm chí là hài hòa theo thứ tự

  ${ displaystyle 6n}$

  ở phía DC. Tại 12 trạm biến đổi xung, chỉ có các điện áp hoặc dòng điện hài theo thứ tự

  ${ displaystyle 12n + 1}$

  và

  ${ displaystyle 12n-1}$

  (trên AC bên) hoặc

  ${ displaystyle 12n}$

  (ở phía DC). Các bộ lọc được điều chỉnh theo tần số hài dự kiến ​​và bao gồm các tổ hợp tụ điện và cuộn cảm.

  Bộ biến đổi nguồn điện áp thường tạo ra sóng hài cường độ thấp hơn bộ biến đổi giao hoán dòng. Do đó, các bộ lọc điều hòa thường nhỏ hơn hoặc có thể được bỏ qua hoàn toàn.

  Bên cạnh các bộ lọc sóng hài, thiết bị cũng được cung cấp để loại bỏ các tín hiệu giả trong dải tần số của thiết bị mang dòng điện trong phạm vi từ 30 kHz đến 500 kHz. Các bộ lọc này thường ở gần đầu cực dòng xoay chiều của biến áp tĩnh. Chúng bao gồm một cuộn dây đi qua dòng tải, với một tụ điện song song để tạo thành một mạch cộng hưởng.

  Trong trường hợp đặc biệt, có thể sử dụng các máy độc quyền để tạo ra công suất phản kháng. Điều này được hiện thực hóa tại nhà ga của HVDC Volgograd-Donbass nằm trên Trạm thủy điện Volga.

  Thiết bị đóng cắt AC [ chỉnh sửa ]

  Thiết bị chuyển mạch dòng điện xoay chiều ba pha của trạm chuyển đổi tương tự như trạm biến áp AC. Nó sẽ chứa các bộ ngắt mạch để bảo vệ quá dòng cho các máy biến áp chuyển đổi, cách ly công tắc, công tắc nối đất và máy biến áp dụng cụ để điều khiển, đo lường và bảo vệ. Trạm cũng sẽ có thiết bị chống sét để bảo vệ thiết bị AC khỏi sét đánh trên hệ thống AC.

  Khu vực cần thiết [ chỉnh sửa ]

  Khu vực cần thiết cho trạm chuyển đổi có định mức truyền 600 megawatt và điện áp truyền 400 kV là khoảng 300 x 300 mét (1000 x 1000 feet). Các nhà máy điện áp thấp có thể yêu cầu diện tích mặt đất ít hơn một chút, vì sẽ cần ít giải phóng không gian xung quanh các thiết bị điện cao thế ngoài trời.

  Các yếu tố vị trí [ chỉnh sửa ]

  Các trạm chuyển đổi tạo ra nhiễu âm và nhiễu tần số vô tuyến. Tường có thể cung cấp bảo vệ tiếng ồn. Như với tất cả các trạm biến áp AC, dầu từ thiết bị phải được ngăn chặn làm ô nhiễm nước ngầm trong trường hợp bị tràn. Diện tích đáng kể có thể được yêu cầu cho các đường truyền trên cao, nhưng có thể giảm nếu sử dụng cáp ngầm.

  Xem thêm [ chỉnh sửa ]

  Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]

  1. ^ Arrillaga, Jos; Truyền tải điện trực tiếp điện áp cao, ấn bản thứ hai, Viện Kỹ sư điện, ISBN 0 85296 941 4, 1998.