Использование технологии HVDC для передачи электроэнергии (на фото: связь HVDC между Францией и Испанией, модули преобразователя IGBT HVDC Plus, кредит: SIEMENS)
Технология высоковольтного постоянного тока (HVDC)
Альтернативным средством передачи электроэнергии является использование технологии высоковольтного постоянного тока (HVDC). Как следует из названия, HVDC использует постоянный ток для передачи мощности. Устройства постоянного тока подключаются к системам HVAC с помощью выпрямителей, которые преобразуют переменный ток в постоянный ток и инверторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный ток.
Ранние применения использовали ртутные дуговые клапаны для выпрямителей и инверторов, но, начиная с 1970-х годов, тиристоры стали выбором типа клапана.
Тиристоры являются контролируемыми полупроводниками, которые могут нести очень высокие токи и могут блокировать очень высокие напряжения. Они соединены последовательно с тиристорным клапаном, который позволяет электричеству течь во время положительной половины цикла напряжения переменного тока, но не во время отрицательной половины.
Поскольку все три фазы системы HVAC подключены к клапанам, результирующее напряжение однонаправлено, но с некоторыми остаточными колебаниями. Для сглаживания этого колебания предусмотрены сглаживающие реакторы.
Линии передачи HVDC могут быть однополюсными или биполярными, хотя большинство из них являются биполярными, то есть они используют два проводника, работающих с разной полярностью, например, +/- 500 кВ.
Подводные кабели HVDC являются либо прочными, либо с пропитанной маслом бумажной изоляцией, либо с автономным маслонаполненным типом. В новых применениях также используются кабели с экструдированной изоляцией, сшитый полиэтилен. Хотя синхронная передача ОВК обычно является предпочтительной из-за ее гибкости, исторически существует ряд приложений, в которых технология HVDC имеет преимущества:
1 Необходимость передачи больших мощностей (> 500 мВт) на очень большие расстояния (> 500 км), где большой электрический угол по длинным линиям ОВКВ (из-за их импедансов) приведет к нестабильной системе.
Примерами этого применения являются проект реки Нельсон площадью 1800 мВт, где передача обеспечивает мощность в Виннипеге, Канада, примерно в 930 км; система 3000 мВт от проекта «Три ущелья» до Шанхая в Китае, примерно в 1000 км; и 1, 456 км длиной, 1920 мВт от проекта Cabora Bassa в Мозамбике до Аполлона, в Южной Африке. В Соединенных Штатах 3, 00 мВт Тихоокеанского HVDC Intertie (PDCI) соединяет Тихоокеанский северо-запад (Celilo Converter Station) с районом Лос-Анджелеса (станция Sylmar Converter) по линии 1361 км.
2 Необходимость передачи мощности на большие расстояния воды, где нет способа обеспечения компенсации промежуточного напряжения, которую требует ОВК. Примером может служить межсетевой мост Moyle протяженностью 64 км, от Северной Ирландии до Шотландии.
3 Когда HVAC interties не будет иметь достаточной емкости, чтобы противостоять электрическим колебаниям, которые могут возникать между двумя системами. Примером может служить связь от Hydro Quebec с Соединенными Штатами.
4 Необходимо подключить две существующие системы асинхронным образом, чтобы предотвратить потери блока генерации в одной системе от возникновения перегрузок передачи в другой системе, если они связаны с HVAC. Примером могут служить связи HVDC между Техасом и другими региональными системами.
5 Подключение электрических систем, работающих на разных частотах. Эти приложения называются обратными связями. Примером являются отношения HVDC между Англией и Францией.
6 Предоставление изоляции от источников короткого замыкания от смежных систем, поскольку постоянный ток не передает токи короткого замыкания из одной системы в другую.
С дерегулированием оптового рынка электроэнергии в Соединенных Штатах растет интерес к использованию технологии HVDC для содействия новым рынкам.
HVDC обеспечивает прямое управление потоком мощности и, таким образом, обеспечивает лучший способ предоставления услуг передачи по контракту. Некоторые из них предположили, что разделение крупных синхронных районов в Соединенных Штатах на более мелкие районы, связанные между собой HVDC, устранит проблемы координации между регионами, обеспечит лучший местный контроль и сократит обязанности по сокращению короткого замыкания, что значительно сократит расходы.
Соединение между Бразилией и Аргентиной HVDC
Эта станция HVDC back-to-back, расположенная между Бразилией и Аргентиной, включала значительные инновации в технологии производства и строительства как для линий передачи, так и для преобразовательной станции. Запланированное время для доставки было всего 22 месяца. Первый этап вступил в промышленную эксплуатацию в 1999 году и второй этап в 2002 году.
Преимущества HVDC //
По мере развития технологии уровень безубыточности для линий передачи HVDC и HVAC снизился. Некоторые исследования показывают безубыточную дистанцию 60 км с использованием современной технологии HVDC.
Некоторые из выявленных преимуществ:
- Никаких технических ограничений в переданном расстоянии; увеличение потерь представляет собой экономический предел;
- Очень быстрый контроль потока мощности, что позволяет улучшить стабильность системы;
- Направление потока мощности может быть изменено очень быстро (двунаправленность);
- Соединение HVDC не увеличивает токи короткого замыкания в точках подключения. Это означает, что нет необходимости менять выключатели в существующей сети;
- HVDC может нести большую мощность, чем HVAC для заданного размера проводника;
- Потребность в ROW намного меньше для HVDC, чем для HVAC, для той же передаваемой мощности.
Недостатки HVDC //
Основными недостатками HVDC являются его более высокие затраты и что он остается технологией, которая может применяться только в приложениях «точка-точка» из-за отсутствия экономичного и надежного автоматического выключателя HVDC.
Отсутствие автоматического выключателя HVDC отражает технологическую проблему, что система постоянного тока не имеет точки, где ее напряжение равно нулю, как в системе переменного тока. Выключатель HVAC использует эту характеристику, когда он открывает цепь ОВК.
Ресурс: Понимание электроэнергетических систем - Джек Казацца