دلایل استفاده از جریان متناوب برای انتقال برق در فواصل طولانی

فکتور تاریخی توسعه

سیستم‌های نیروی اولیه بیشتر با جریان متناوب غالب بودند: در روزهای اولیه توسعه سیستم‌های نیرو، فناوری‌های ژنراتور و ترانسفورماتور نسبتاً پیشرفته و آسان برای تولید بودند.

سیستم جریان متناوب می‌تواند به راحتی سطح ولتاژ را از طریق ترانسفورماتور تغییر دهد تا انتقال با ولتاژ بالا برای کاهش ضایعات خطی انجام شود. بنابراین، انتقال جریان متناوب در روزهای اولیه به طور گسترده‌ای استفاده شده و یک سیستم شبکه نیروی عظیم را تشکیل داده است.

اعتبارات فنی

مزایای ترانسفورماتورها در سیستم‌های جریان متناوب

انتقال جریان متناوب می‌تواند به راحتی با استفاده از ترانسفورماتورها بالا و پایین برود. در سمت تولید برق، ولتاژ خروجی ژنراتور افزایش می‌یابد تا جریان کاهش یافته و ضایعات خطی کاهش یابد. در سمت مصرف، ولتاژ از طریق ترانسفورماتور به سطح مناسب برای کاربر کاهش می‌یابد. فناوری ترانسفورماتورهای جریان مستقیم فعلی نسبتاً پیچیده و هزینه‌بر است و تغییر ولتاژ آن‌ها در انتقال دور مسافت به اندازه ترانسفورماتورهای جریان متناوب آسان نیست.

جبران قدرت واکنشی

جبران قدرت واکنشی می‌تواند به راحتی در سیستم جریان متناوب انجام شود. قدرت واکنشی انرژی لازم برای حفظ میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در یک سیستم نیرو است، اما کار خارجی انجام نمی‌دهد. در انتقال دور مسافت، مقدار زیادی قدرت واکنشی به دلیل اثرات القایی و ظرفیتی خط ایجاد می‌شود.

با نصب دستگاه‌های جبران قدرت واکنشی در زیرстанسیون‌ها، عامل توان سیستم بهبود می‌یابد و ضایعات خط و نوسان ولتاژ کاهش می‌یابد. در مقابل، کنترل قدرت واکنشی در سیستم‌های انتقال با ولتاژ مستقیم بالا (HVDC) نسبتاً پیچیده است و نیاز به تجهیزات تخصصی برای جبران دارد.

ارتباط شبکه

بیشتر سیستم‌های نیرو موجود شبکه‌های جریان متناوب هستند و اتصال بین سیستم‌های جریان متناوب نسبتاً آسان است. از طریق ترانسفورماتورها و تجهیزات کلیدزنی، می‌توان اتصال و تبادل نیروی شبکه‌های جریان متناوب در مناطق مختلف و سطوح ولتاژ مختلف را به دست آورد و قابلیت اطمینان و پایداری شبکه‌های نیرو را بهبود بخشید.

اتصال بین سیستم انتقال با ولتاژ مستقیم و سیستم جریان متناوب نیاز به تبدیل از طریق ایستگاه تبدیل دارد که دشوار و هزینه‌بر است. در شبکه‌های نیروی بزرگ، اتصال سیستم‌های جریان متناوب موجب انعطاف‌پذیری بیشتر در تخصیص نیرو و به اشتراک گذاری منابع می‌شود.

جنبه هزینه اقتصادی

هزینه تجهیزات

در حال حاضر، تجهیزات انتقال جریان متناوب مانند ترانسفورماتورها، کلیدها، شیرآلات و فناوری‌های دیگر پیشرفته هستند و هزینه تولید آن‌ها نسبتاً کم است. تجهیزات ایستگاه تبدیل در سیستم انتقال با ولتاژ مستقیم پیچیده هستند و شامل صفحه‌های تبدیل، فیلتر DC، راکتور مسطح و غیره هستند و هزینه آن‌ها گران است.

به عنوان مثال، هزینه ساخت یک ایستگاه تبدیل HVDC می‌تواند چند برابر یا بیشتر از یک زیرستانسیون AC معادل باشد.

هزینه نگهداری

پس از توسعه و استفاده بلندمدت از تجهیزات انتقال جریان متناوب، فناوری نگهداری آن‌ها نسبتاً پیشرفته است و هزینه نگهداری کم است. نیازهای نگهداری تجهیزات سیستم انتقال با ولتاژ مستقیم بالا است و نیاز به فنی‌مندان تخصصی و تجهیزات آزمایشی خاص دارد و هزینه نگهداری آن بالا است.

کاربرد

• انتقال با ظرفیت بالا در مسافت‌های طولانی: برای نیازهای انتقال با ظرفیت بالا در مسافت‌های طولانی (بیش از چند صد کیلومتر)، ضایعات خط انتقال HVDC نسبتاً کم است. چون انتقال با ولتاژ مستقیم از اثرات القایی و ظرفیتی انتقال جریان متناوب برخوردار نیست، مشکل قدرت واکنشی وجود ندارد.

• انتقال با کابل زیردریایی: در انتقال با کابل زیردریایی، چون جریان ظرفیتی کابل جریان متناوب موجب ضایعات زیاد و افزایش ولتاژ می‌شود و کابل DC این مشکل را ندارد، انتقال با ولتاژ مستقیم بالا با کابل زیردریایی مزیت بزرگی دارد.