원거리 전력 송전에 교류를 사용하는 이유

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역사적 발전 요인

초기 전력 시스템은 교류 전력에 의해 지배되었습니다: 전력 시스템 개발 초기에는 교류 발전기와 변압기 기술이 상대적으로 성숙하고 제조하기 쉬웠습니다.

교류 시스템은 변압기를 통해 전압 수준을 쉽게 변경하여 송전 손실을 줄이는 고압 송전을 달성할 수 있으므로, 초기에는 교류 송전이 널리 사용되어 거대한 전력망 시스템을 형성했습니다.

기술적 고려 사항

교류 시스템에서의 변압기의 장점

교류 송전은 변압기를 이용해 쉽게 전압을 올리거나 내릴 수 있습니다. 발전 단계에서는 발전기의 출력 전압을 높여 전류를 줄이고 선로의 손실을 줄입니다. 소비 단계에서는 변압기를 통해 전압을 사용자에게 적합한 수준으로 낮춥니다. 현재 직류 변압기 기술은 상대적으로 복잡하고 비용이 많이 들며, 교류 변압기만큼 장거리 송전에서 유연하게 전압을 조정하기 어렵습니다.

무효 전력 보상

교류 시스템에서는 무효 전력 보상을 쉽게 수행할 수 있습니다. 무효 전력은 전력 시스템 내의 전기 및 자기장 유지에 필요한 에너지이지만, 외부 작업은 수행하지 않습니다. 장거리 송전에서는 선로의 인덕턴스와 커패시턴스 효과로 인해 많은 양의 무효 전력이 발생합니다.

변전소에 무효 전력 보상 장치를 설치하면 시스템의 전력 인자를 개선하고, 선로 손실과 전압 변동을 줄일 수 있습니다. 반면, HVDC 시스템에서의 무효 전력 제어는 상대적으로 복잡하며, 특수 장비가 필요합니다.

전력망 연결

대부분의 기존 전력 시스템은 교류 전력망이며, 교류 시스템 간의 연결은 비교적 쉽습니다. 변압기와 스위치 기어를 통해 서로 다른 지역과 전압 수준의 교류 전력망 간의 연결과 전력 교환이 가능하며, 이를 통해 전력망의 신뢰성과 안정성이 향상됩니다.

직류 송전 시스템과 교류 시스템 간의 연결은 변환소를 통해 변환해야 하며, 이는 어려우면서도 비용이 많이 듭니다. 대규모 전력망에서 교류 시스템 간의 연결은 전력 할당과 자원 공유를 더 유연하게 만듭니다.

경제적 비용 측면

설비 비용

현재 교류 송전 설비인 변압기, 스위치, 차단기 등의 기술은 성숙하였으며, 생산 비용이 상대적으로 낮습니다. 직류 송전 시스템의 변환소 설비는 변환 밸브, DC 필터, 평파 리액터 등을 포함하여 복잡하며, 비용이 비싸다.

예를 들어, HVDC 변환소 건설 비용은 동등한 교류 변전소보다 몇 배나 더 비쌀 수 있습니다.

유지보수 비용

교류 송전 설비의 장기간 개발 및 적용으로 인해 유지보수 기술은 상대적으로 성숙하였으며, 유지보수 비용은 낮습니다. 직류 송전 시스템의 설비 유지보수 요구사항은 높으며, 전문 기술자와 특수 검사 장비가 필요하며, 유지보수 비용이 높습니다.