AC как предпочтительный вариант
Несмотря на то, что переменный ток является доминирующим режимом для передачи электроэнергии, в ряде приложений преимущества HVDC делают его предпочтительным вариантом передачи переменного тока.
Преимущества передачи HVDC через HVAC (на фото: Линия электропередачи Phase II управляется Национальной сеткой и простирается от Монро-Нью-Хэмпшира до границы с Массачусетсом, которая была введена в эксплуатацию в 1990 году, кредит: nhpr.org)
Примеры включают:
- Подводные кабели, где высокая емкость вызывает дополнительные потери переменного тока (например, 250-километровый Балтийский кабель между Швецией и Германией).
- Передача избыточной мощности на дальние расстояния до конечных точек без промежуточных отводов, например, в отдаленных районах.
- Увеличение мощности существующей сети электропитания в ситуациях, когда дополнительные провода сложны или дороги для установки.
- Разрешение передачи мощности между несинхронизированными системами распределения переменного тока.
- Сокращение профиля проводки и пилонов для заданной мощности передачи, поскольку HVDC может нести больше мощности на проводник заданного размера.
- Подключение удаленной генерирующей установки к распределительной сети; например, линия биполей реки Нельсон в Канаде (IEEE 2005).
- Стабилизация преимущественно сети переменного тока без увеличения максимального предполагаемого тока короткого замыкания.
- Уменьшение потерь короны (из-за пиков высокого напряжения) по сравнению с линиями электропередачи HVAC аналогичной мощности.
- Снижение стоимости линии, поскольку передача HVDC требует меньше проводников; например, два для типичной биполярной линии HVDC по сравнению с тремя для трехфазного HVAC.
Передача HVDC особенно выгодна при подводной передаче мощности. Длинные подводные кабели переменного тока имеют высокую емкость.
Пример (ВИДЕО)
500 МВт HVDC Межсетевое соединение света
ABB ввела в эксплуатацию 500-мегаваттную межсетевую передачу HVDC Light (VSC), которая связывает сетки Ирландии и Великобритании, обеспечивая трансграничные потоки энергии и повышая надежность сети и безопасность поставок электроэнергии.
Восточно-западный соединитель включает в себя высоковольтное кабельное соединение высотой 262 км, из которых 186 км проходит подводный.
Следовательно, ток, необходимый для зарядки и разрядки емкости, вызывает дополнительные потери мощности, когда кабель переносит переменный ток, в то время как это имеет минимальный эффект для передачи по постоянному току. Кроме того, мощность переменного тока потеряла диэлектрические потери.
В обычных приложениях HVDC может нести больше мощности на проводник, чем AC, потому что при заданной номинальной мощности постоянное напряжение в линии постоянного тока ниже пикового напряжения в линии переменного тока.
Это напряжение определяет толщину изоляции и расстояние между проводниками. Это уменьшает стоимость линий передачи HVDC по сравнению с передачей переменного тока и позволяет коридорам линий электропередач поддерживать более высокую плотность мощности.
Линия передачи данных HVDC не будет создавать такое же электромагнитное поле с чрезвычайно низкой частотой (ELF), равно как и эквивалентная линия переменного тока. Хотя в прошлом была какая-то обеспокоенность в отношении возможных пагубных последствий таких областей, включая подозрение в увеличении уровня лейкемии, нынешний научный консенсус не считает, что источники ELF и связанные с ними поля являются вредными.
Развертывание оборудования HVDC не будет полностью устранять электрические поля, так как все еще будут иметь место градиенты электрического поля постоянного тока между проводниками и землей. Такие поля не связаны с последствиями для здоровья.
Поскольку HVDC обеспечивает передачу мощности между несинхронизированными системами переменного тока, это может помочь повысить стабильность системы. Это делается путем предотвращения отказов каскадных отказов от одной части более широкой сетки передачи энергии к другой, при этом все же можно импортировать или экспортировать энергию в случае меньших сбоев.
Эта особенность способствовала более широкому использованию технологии HVDC для ее преимуществ в плане стабильности. Поток мощности на линии передачи HVDC устанавливается с использованием систем управления преобразовательных станций. Поток мощности не зависит от режима работы подключенных энергосистем.
Таким образом, в отличие от связей HVAC, межсистемные связи HVDC могут иметь произвольно низкую пропускную способность, устраняя « проблему слабых связей», а линии могут быть разработаны на основе оптимальных потоков мощности.
Аналогичным образом устраняются трудности синхронизации различных систем оперативного управления в разных энергосистемах. Быстродействующие системы аварийного управления на линиях передачи HVDC могут дополнительно повысить стабильность и надежность энергосистемы в целом. Кроме того, регулирование потока мощности может использоваться для демпфирования колебаний в силовых или параллельных линиях ОВК.
Описанные выше преимущества способствуют использованию звеньев постоянного тока для разделения больших энергосистем на несколько несинхронных частей.
Линии передачи прямого тока (HVDC)
Например, быстро растущая индийская энергосистема строится как несколько региональных энергетических систем, связанных с линиями передачи HVDC и обратными конвертерами с централизованным управлением этими элементами HVDC (Кощеев, 2001).
Аналогичным образом, в Китае, HVDC ± 800 кВ будет основным режимом, используемым для передачи большой мощности на очень большие расстояния от крупных гидроэлектростанций и тепловых мощностей. Другие приложения включают проекты передачи на большие расстояния с небольшим количеством блоков питания по линии (Yinbiao, 2005).
Справка: Аргоннская национальная лаборатория - проектирование, строительство и эксплуатация высоковольтных технологий передачи электроэнергии на большие расстояния