Các hệ thống truyền tải điện cao thế ở Nhật Bản được kết nối với nhau để đảm bảo hoạt động hiệu quả và cung cấp khả năng truyền tải điện lẫn nhau khi cần thiết vào lúc cao điểm. Tần số nguồn của hệ thống truyền tải điện ở khu vực phía đông của đất nước do Công ty TNHH lưới điện Tokyo (TEPCO PG) vận hành là 50 Hz và ở khu vực phía tây do Công ty điện lực Chubu (CHUBU PG) vận hành. , là 60 Hz.
Hai cân nhắc chính sau đây đã dẫn đến quyết định xây dựng cơ sở liên kết dòng điện một chiều (HVDC) cao áp mới và cơ sở biến tần vào năm 2020 giữa hai khu vực để tăng công suất kết nối hiện có từ 1200 MW lên 2100 MW:
Tăng khả năng chuyển tải điện trong trường hợp xảy ra thảm họa quy mô lớn, như trận động đất ở Đông Nhật Bản năm 2011
Xem xét việc sản xuất ngày càng tăng từ các nguồn năng lượng tái tạo, cụ thể là quang điện (PV) và các trang trại gió, đã dẫn đến các hoạt động giao dịch nhanh chóng trên thị trường năng lượng phi điều tiết của Nhật Bản.
Để kết nối hai hệ thống tần số khác nhau thông qua việc chuyển đổi dòng điện xoay chiều (xoay chiều) thành dòng điện một chiều (một chiều), thiết kế liên kết HVDC mới dựa trên công nghệ truyền tải điện HVDC chuyển đổi công tắc (LCC) để tiết kiệm và vận hành và bảo trì (O&M ) lý do.
Xây dựng dự án
Dự án đòi hỏi phải xây dựng một thiết bị đầu cuối chuyển đổi ở phía 50 Hz trong trạm chuyển đổi tần số Shin-Shinano hiện có và một trạm chuyển đổi tần số Hida mới ở phía 60 Hz. Liên kết Hida-Shinano HVDC 900 MW mới có một mạch gồm hai cực trên đường dây tải điện trên không dài khoảng 90 km (56 dặm), với các dây dẫn trở lại bằng kim loại chuyên dụng cho mỗi cực được nối đất tại bộ chuyển đổi phía 60 Hz và không nối đất tại trạm biến đổi phía 50 Hz. Hệ thống điều khiển HVDC được thiết kế với phía 50 Hz làm trạm biến đổi chính. Tất cả các lệnh điều khiển được truyền đạt thông qua trạm chủ này.
Ở phía 60 Hz của liên kết Hida-Shinano HVDC, điện áp hệ thống được giảm từ 500 kV xuống 154 kV bằng các máy biến áp hạ bậc. Các máy biến áp chuyển đổi và bộ lọc sóng hài xoay chiều được kết nối với thanh cái 154 kV cho mỗi cực. Bằng cách giảm điện áp của hệ thống biến đổi xuống 154 kV, có thể hạ thấp mức phối hợp cách điện của các máy biến áp chuyển đổi và bộ lọc sóng hài xoay chiều, làm cho các bộ phận này nhỏ gọn hơn.
Một trong những tính năng không được cài đặt trong trạm chuyển đổi Hida là tụ điện shunt. Thay vào đó, các bộ lọc sóng hài xoay chiều được cấu hình thành hai nhóm để dự phòng, vì vậy một trong các nhóm bộ lọc hài xoay chiều hoạt động như các tụ điện shunt. Lý do lắp đặt hai nhóm là để cung cấp hoạt động liên tục trong trường hợp hỏng bộ lọc sóng hài xoay chiều. Hơn nữa, các bộ điện kháng shunt chuyển đổi trong trạng thái không dẫn điện hoặc hoạt động với công suất thấp, và hệ thống cung cấp điện phụ được kết nối với mạch cấp ba của máy biến áp bước xuống.
Hợp đồng cung cấp thiết bị trạm chuyển đổi Hida đã được trao cho Hitachi ABB Power Grids vào năm 2013. Công ty đã nỗ lực tối ưu hóa hệ thống bằng cách xem xét kiến thức của họ về điều kiện khí hậu khắc nghiệt tại vị trí đặt trạm chuyển đổi. Nhiệt độ môi trường có thể dao động từ -300 ° C đến 350 ° C (-508 ° F đến 662 ° F) tại địa điểm, cao hơn mực nước biển khoảng 1085 m (3560 ft). Địa điểm này thường trải qua 2m (6,6 ft) tuyết vào mùa đông.
TEPCO PG chịu trách nhiệm xây dựng và lắp đặt đường dây tải điện trên không 200 kV HVDC và trạm biến đổi tần số 50 Hz phía Shin-Shinano, bao gồm cả việc mở rộng trạm chuyển đổi. Việc xây dựng trạm chuyển đổi Hida hoàn toàn mới ở phía 60 Hz là trách nhiệm của CHUBU PG. Hệ thống điều khiển và bảo vệ (C & Ps) của trạm chuyển đổi được sản xuất bởi Toshiba Corp. và Hitachi Ltd. trên các mặt 50 Hz và 60 Hz tương ứng.
Các công trình dân dụng đã được yêu cầu ở cả hai trạm chuyển đổi trước khi lắp đặt nhà máy. Sau khi cả hai tiện ích hoàn thành tất cả các hoạt động của trang web, thử nghiệm tích hợp nhiều nhà cung cấp bắt đầu vào mùa hè năm 2018. Tiếp theo là thử nghiệm hệ thống truyền dẫn của trạm chuyển đổi tần số Hida, đi vào hoạt động thương mại vào tháng 3 năm 2021.
Cân nhắc tiếp đất
Để tuân thủ tiêu chuẩn truyền thống ở Nhật Bản, một hệ thống quay trở lại bằng kim loại chuyên dụng đã được áp dụng cho các hệ thống HVDC hiện có để tránh các tác động bất lợi của dòng điện trở lại trái đất đối với các cấu trúc nằm gần đó và trên la bàn từ. Tuy nhiên, CHUBU PG nhận thấy - trong trường hợp có lỗi nối đất trên đường dây trên không Hida-Shinano HVDC - ảnh hưởng của dòng điện đi lạc, do dòng điện một chiều được đưa vào đất, cần được xem xét chi tiết hơn.
Khi xảy ra sự cố chạm đất trên đường dây truyền tải HVDC, dòng điện sự cố chủ yếu quay trở lại mạch điện một chiều bằng lưới nối đất và điện cực đất của trạm biến đổi phía 60 Hz. Tuy nhiên, một số dòng điện sự cố đã được chuyển hướng sang đường dây tải điện xoay chiều bởi các mạch điểm trung tính nối đất của máy biến áp ở các trạm biến áp lân cận. Ngoài ra, nó đã được chuyển hướng sang dây tiếp đất trên không bằng lưới tiếp đất của trạm biến đổi phía 60 Hz.
Một sơ đồ trong đó lưới tiếp đất cho điện một chiều và xoay chiều được tách biệt đã được kiểm tra, nhưng nó không thực tế vì những hạn chế từ vị trí của trạm biến đổi và không gian đất xung quanh có sẵn. CHUBU PG đã xác định một sơ đồ thay thế theo đó các điện trở nối đất trung tính (NGR) được lắp vào các kết nối máy biến áp chính tại một số vị trí trong các đường dẫn dòng có thể có của dòng điện một chiều được đưa vào phục vụ trên một HVDC hiện có ở Nhật Bản. CHIBU PG đã nghiên cứu hệ thống nối đất thay thế này và quyết định lắp đặt nó tại trạm biến tần Hida.
Dòng điện một chiều tối đa có thể được đưa vào ở tất cả các vị trí được tính toán bằng một mô hình phân tích đặc biệt, với các mạch bên trong các trạm biến đổi và mạng xoay chiều lân cận - chẳng hạn như máy biến áp và đường dây truyền tải, bao gồm cả dây che chắn của chúng và điện trở nối đất của các tháp. Các mạch này được đưa vào để xác minh độ bão hòa của tất cả các thành phần cuộn dây, ví dụ, máy biến áp nguồn và thiết bị.
Phối hợp cách điện và bảo vệ cũng được nghiên cứu với các tổ hợp điện trở nối đất trung tính (NGR) khác nhau. Người ta kết luận rằng NGR 5-ohm nên được lắp đặt tại điểm nối đất trung tính của tất cả các máy biến áp điện được lắp đặt bên trong các trạm chuyển đổi. Bằng cách lắp đặt NGR 5 ohm, dòng điện chạy qua đường dây điện trên không đã giảm 73%.
Đánh giá dòng điện ngắn hạn của NGR được xác định bằng cách sử dụng các tính toán dòng điện sự cố để phối hợp bảo vệ và đánh giá dòng điện liên tục, có tính đến dòng điện thứ tự 0 gây ra bởi sự mất cân bằng điện áp hệ thống trong số tất cả các tình huống dòng công suất có thể xảy ra.
Vì hệ thống HVDC này được kết nối với mạng xoay chiều ở phía 60 Hz bằng kết nối nhánh T với đường dây tải điện trên không trung kế 500 kV Etsumi, dòng điện của đường dây xoay chiều có thể lớn hơn nhiều so với công suất danh định của Hệ thống HVDC. Nếu điều này xảy ra, điện áp không cân bằng - bao gồm thành phần thứ tự không - được tạo ra bởi dòng điện lớn chạy qua đường dây truyền tải xoay chiều không truyền khoảng cách dài và dòng điện liên tục của mỗi NGR trong trạm chuyển đổi Hida tăng lên. Trong dự án này, định mức dòng điện liên tục danh định của NGR trong trạm biến đổi Hida là 162 A.
Tích hợp hệ thống đa nhà cung cấp
Hệ thống HVDC là một hệ thống đa nhà cung cấp được thiết kế với trạm chuyển đổi Shin-Shinano là trạm chính, với trạm chuyển đổi Hida theo sau nó. C&P của hệ thống HVDC phải được phối hợp tốt, ví dụ, với sự điều phối thời gian chính xác của logic truyền tín hiệu bắt đầu và dừng hoặc điều khiển hoạt động bảo vệ. Ngay cả một sự cố nhỏ cũng có thể gây ra nhiễu động đáng kể trong mạng xoay chiều hoặc làm hỏng thiết bị mạng. Sau khi xác định cẩn thận các chi tiết của đặc điểm kỹ thuật viễn thông giữa các tiểu bang, chẳng hạn như định dạng và khung của các tín hiệu được trao đổi, một hệ thống C&P đa nhà cung cấp đã được thành lập.
Sau khi thử nghiệm trên một đầu của hệ thống trong nhà máy của mỗi nhà sản xuất, hệ thống C&P đã trải qua thử nghiệm kết hợp để xác nhận tính toàn vẹn của hệ thống trước khi lắp đặt và vận hành thử tại mỗi địa điểm.
Các tấm C&P và linh kiện chính cho cả hai đầu cũng được thu thập trong trạm chuyển đổi Shin-Shinano. Thiết lập thử nghiệm được thiết lập bằng cách kết nối cáp điều khiển với Bộ mô phỏng RTDS để thử nghiệm mạng xoay chiều và hệ thống đường truyền một chiều cùng với bộ mô phỏng thứ hai cho liên kết giao tiếp giữa các tiểu bang. Các trường hợp mô phỏng đã được chạy để xác nhận hoạt động an toàn và ổn định của liên kết HVDC ở các chế độ khởi động và dừng hoạt động cũng như các hoạt động bảo vệ khi có sự cố.
Thời gian biểu dự án
Trạm biến tần Hida có diện tích 60.000 mét vuông (71.760 mét vuông) nằm ở vùng miền núi, do đó, thời gian xây dựng dự kiến kéo dài trong thời gian tám năm, từ 2013 đến 2021. Hoàn thành vào tháng 3 năm 2021, dự án đã hoàn thành đúng thời hạn và trong ngân sách.
Kể từ khi đưa vào vận hành, hoạt động mua bán năng lượng diễn ra sôi nổi và trạm đã được đưa vào sử dụng nhiều lần. Cho đến nay, không có vấn đề kỹ thuật nào được báo cáo.
Chuyên môn mới
Việc xem xét chi tiết các dòng điện một chiều đi lạc được chứng minh là cần thiết cho đường dây tải điện trên không HVDC mới. CHUBU PG đã tìm thấy và xác nhận các giải pháp hợp lý và thiết thực, chẳng hạn như việc lắp đặt các NGR sau các nghiên cứu mô phỏng với các mô hình đặc biệt và tổ hợp tham số. Tiện ích cũng xác định các hành động cần thực hiện khi có sự tham gia của hệ thống nhiều nhà cung cấp, bằng cách xác định cách tối ưu hóa cấu hình hệ thống và khắc phục khu vực cài đặt hạn chế có sẵn trong một thiết bị đầu cuối của bộ chuyển đổi. Sau tất cả các thử nghiệm mô phỏng, kết quả thử nghiệm vận hành cho thấy rất tốt.
CHUBU PG cho rằng kiến thức chuyên môn mà họ có được trong quá trình thực hiện dự án lớn này - dự án HVDC đầu tiên của họ nhằm thiết lập kết nối liên thông trên không giữa hai hệ thống truyền dẫn có tần số khác nhau - sẽ chứng minh giá trị cho các dự án tương tự trong tương lai.
Yoshinari Mochizuki (Mochizuki.Yoshinari@chuden.co.jp) nhận bằng cử nhân tại Đại học Meiji ở Tokyo vào năm 1989, sau đó ông gia nhập Chubu Electric Power Co. Inc. hệ thống truyền dẫn xoay chiều linh hoạt. Mochizuki, hiện là tổng giám đốc của các nhóm kỹ thuật HVDC của tiện ích, là thành viên của IEE tại Nhật Bản.
Taizo Matsuda (Matsuda.Taizou@chuden.co.jp) được cấp bằng cử nhân của Đại học Kagoshima ở Kagoshima vào năm 2007, sau đó anh gia nhập Chubu Electric Power Co. Inc. Kể từ đó, anh tham gia vào thiết kế hệ thống của HVDC hệ thống và hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt (FACTS). Matsuda hiện là trợ lý giám đốc của các nhóm kỹ thuật HVDC của tiện ích và là thành viên của IEE tại Nhật Bản.
Satoshi Nakanobu ( Nakanobu.Satoshi@chuden.co.jp ) đã được cấp bằng thạc sĩ của Học viện Công nghệ Nagoya ở Nagoya vào năm 2010 và gia nhập Chubu Electric Power Co. Inc. cùng năm đó. Anh đã tham gia thiết kế hệ thống của trạm biến tần Hida và hiện đang làm trợ lý giám đốc của Nhóm Kỹ thuật HVDC. Nakanobu là thành viên của IEE tại Nhật Bản và CIGRE.
Để biết thêm thông tin
Lưới điện Hitachi ABB | www.hitachiabb-powergrids.com
Hitachi | www.hitachi.com
RTDS | www.rtds.com
Toshiba | www.toshiba.com
Hình 1 Tổng quan về hệ thống truyền tải ở Nhật Bản (ngoại trừ Okinawa).
Hình 2 Nhìn từ trên không của trạm chuyển đổi tần số Hida đã được vận hành.
Hình 3 Tổng quan hệ thống của liên kết Hida-Shinano HVDC.
Hình. 4 NGR được lắp đặt để giảm dòng điện một chiều đi lạc tại sự cố nối đất trên đường dây trên không HVDC.
Hình 5 Kiểm tra RTDS Simulator tại hiện trường.
Hình 6 Trạm biến tần Hida đang được xây dựng vào tháng 8 năm 2018.
Source : https://www.tdworld.com/digital-innovations/hvdc/article/21177078/hvdc-link-increases-interconnection-capacity?utm_source=TW%20TDW%20Energizing&utm_med
0 nhận xét:
Đăng nhận xét