Redenen voor het gebruik van wisselstroom voor langeafstandse elektriciteitsvervoer

Historische ontwikkelingsfactor

Vroege elektriciteitsystemen werden gedomineerd door wisselstroom: in de vroege dagen van de ontwikkeling van elektriciteitsystemen was alternator- en transformatortechnologie relatief volwassen en gemakkelijk te produceren. 

Met een wisselstroomsysteem kan het spanningniveau gemakkelijk worden veranderd via een transformator om hoogspanningsvervoer te realiseren en lijnverliezen te verminderen. Daarom werd wisselspanningsvervoer in de vroege dagen breed toegepast en vormde het een enorm elektriciteitsnetwerksysteem.

Technische overwegingen

Voordelen van transformatoren in wisselstroomsystemen

Wisselspanningsvervoer kan gemakkelijk worden verhoogd of verlaagd met behulp van transformatoren. Aan de kant van elektriciteitsproductie wordt de uitgangsspanning van de generator verhoogd om de stroom te verlagen en de vermogensverliezen op de lijn te verminderen. Aan de kant van elektriciteitsverbruik wordt de spanning via een transformator verlaagd tot een niveau dat geschikt is voor de gebruiker. De huidige technologie van gelijkstroomtransformatoren is relatief complex en kostbaar, en het is moeilijker om de spanning zo flexibel als bij wisselstroomtransformatoren aan te passen bij langeafstandsvervoer.

Reactieve vermogencompensatie

Reactief vermogencompensatie kan gemakkelijk worden uitgevoerd in wisselstroomsystemen. Reactief vermogen is de energie die nodig is om elektrische en magnetische velden in een elektriciteitsysteem in stand te houden, maar het doet geen externe arbeid. Bij langeafstandsvervoer wordt een groot aantal reactief vermogen gegenereerd door de inductieve en capacitive effecten van de lijn. 

Door reactief vermogencompensatiedevices in onderstations te installeren, kan de vermogensfactor van het systeem worden verbeterd, en kunnen lijnverliezen en spanningsschommelingen worden verlaagd. In tegenstelling daarmee is de controle van reactief vermogen in HVDC-systemen relatief complex en vereist speciale apparatuur om te compenseren.

Netwerkverbinding

De meeste bestaande elektriciteitsystemen zijn wisselstroomnetwerken, en de verbinding tussen wisselstroomsystemen is relatief eenvoudig. Via transformatoren en schakelapparatuur kan de verbinding en krachtuitwisseling van wisselstroomnetwerken in verschillende regio's en verschillende spanningenniveaus worden gerealiseerd, waardoor de betrouwbaarheid en stabiliteit van elektriciteitsnetwerken wordt verbeterd.

De verbinding tussen een gelijkstroomoverdrachtsysteem en een wisselstroomsysteem moet via een omschakelstation worden geconverteerd, wat moeilijk en kostbaar is. In grote elektriciteitsnetwerken maakt de verbinding van wisselstroomsystemen de toewijzing van elektriciteit en deling van middelen flexibeler.

Economisch aspect

Apparaatkosten

Momenteel zijn wisselspanningsvervoersapparaten zoals transformatoren, schakelaars, circuitbrekers en andere technologieën volwassen, en de productiekosten zijn relatief laag. Het apparaat van een omschakelstation in een gelijkstroomoverdrachtsysteem is complex, inclusief omschakelklep, DC-filter, vlakke golfreactor, enz., en de kosten zijn duurzaam.

Bijvoorbeeld, de kosten voor het bouwen van een HVDC-omschakelstation kunnen meerdere malen hoger zijn dan die van een vergelijkbaar wisselstroomonderstation.

Onderhoudskosten

Na langdurige ontwikkeling en toepassing van wisselspanningsvervoersapparatuur is de onderhoudstechnologie relatief volwassen en de onderhoudskosten laag. De onderhoudseisen voor gelijkstroomoverdrachtsystemen zijn hoog, waarbij professionele technici en speciale testapparatuur nodig zijn, en de onderhoudskosten zijn hoog.

Toepassing

• Langeafstandsgrootcapaciteitsvervoer: voor langeafstands (meer dan enkele honderden kilometers), grootcapaciteitsvervoerbehoeften, is de lijnverlies van HVDC-vervoer relatief laag. Omdat gelijkstroomvervoer niet de inductieve en capacitive effecten van wisselstroomvervoer heeft, is er geen probleem met reactief vermogen.

• Onderzeekabelvervoer: bij onderzeekabelvervoer veroorzaken de capaciteitsstroom van de wisselstroomkabel veel verlies en spanningstoename, terwijl de gelijkstroomkabel dit probleem niet heeft, waardoor het hoge-spanningsgelijkstroomonderzeekabelvervoer een groot voordeel heeft.