Powody wykorzystania prądu przemiennego do długodystansowej transmisji energii elektrycznej

Historyczny czynnik rozwoju

Wczesne systemy energetyczne były zdominowane przez prąd przemienny: W początkowym okresie rozwoju systemów energetycznych technologia alternatorów i transformatorów była stosunkowo dojrzała i łatwa w produkcji.

System prądu przemiennego może łatwo zmieniać poziom napięcia za pomocą transformatora, aby osiągnąć wysokonapięciową transmisję, co zmniejsza straty liniowe. Dlatego transmisja prądu przemiennego była szeroko stosowana w początkowym okresie, tworząc ogromny system sieci energetycznej.

Rozważania techniczne

Zalety transformatorów w systemach prądu przemiennego

Transmisja prądu przemiennego może być łatwo podnoszona i obniżana za pomocą transformatorów. Na końcu generacji, wyjściowe napięcie generatora jest zwiększone, aby zmniejszyć prąd i straty mocy na linii. Na końcu odbioru, napięcie jest obniżane do poziomu odpowiedniego dla użytkownika za pomocą transformatora. Obecna technologia transformatorów prądu stałego jest stosunkowo skomplikowana i kosztowna, a trudno jest dostosować napięcie tak elastycznie jak w przypadku transformatorów prądu przemiennego przy długodystansowej transmisji.

Kompensacja mocy biernych

Kompensacja mocy biernych może być wykonywana łatwo w systemie prądu przemiennego. Moc bierna to energia potrzebna do utrzymania pól elektrycznych i magnetycznych w systemie energetycznym, ale nie wykonuje żadnej pracy zewnętrznej. W długodystansowej transmisji powstaje duża ilość mocy biernych z powodu efektów indukcyjnych i pojemnościowych linii.

Poprzez instalację urządzeń kompensacji mocy biernych w stacjach podsieci, można poprawić współczynnik mocy systemu, a także zmniejszyć straty liniowe i wahania napięcia. W przeciwieństwie do tego, kontrola mocy biernych w systemach HVDC jest stosunkowo skomplikowana i wymaga specjalistycznego sprzętu do kompensacji.

Połączenie sieci

Większość istniejących systemów energetycznych to sieci prądu przemiennego, a połączenie między systemami prądu przemiennego jest stosunkowo proste. Przez transformatory i aparaturę przełączającą, można zrealizować połączenie i wymianę mocy między sieciami prądu przemiennego w różnych regionach i różnych poziomach napięcia, co zwiększa niezawodność i stabilność sieci energetycznych.

Połączenie między systemem transmisji prądu stałego a systemem prądu przemiennego wymaga konwersji przez stację konwerterową, co jest trudne i kosztowne. W dużych sieciach energetycznych, połączenie systemów prądu przemiennego sprawia, że alokacja mocy i udostępnianie zasobów są bardziej elastyczne.

Aspekt kosztów ekonomicznych

Koszty sprzętu

Obecnie sprzęt do transmisji prądu przemiennego, taki jak transformatory, przełączniki, wyłączniki i inne technologie, jest dojrzały, a koszty produkcji są stosunkowo niskie. Sprzęt stacji konwerterowej w systemie transmisji prądu stałego jest skomplikowany, obejmując zawory konwerterowe, filtry DC, reaktory płaskostrunowe itp., a koszty są wysokie.

Na przykład, koszty budowy stacji konwerterowej HVDC mogą być kilka razy wyższe niż koszty równoważnej podsieci AC.

Koszty utrzymania

Po długotrwałym rozwoju i zastosowaniu sprzętu do transmisji prądu przemiennego, technologia utrzymania jest stosunkowo dojrzała, a koszty utrzymania są niskie. Wymagania dotyczące utrzymania sprzętu w systemie transmisji prądu stałego są wysokie, wymagają specjalistów i specjalistycznego sprzętu do testów, a koszty utrzymania są wysokie.

Zastosowanie

• Długo-odległościowa transmisja dużej mocy: Dla potrzeb transmisji dużej mocy na duże odległości (ponad kilkaset kilometrów), straty liniowe linii HVDC są stosunkowo niskie. Ponieważ transmisja prądu stałego nie ma efektów indukcyjnych i pojemnościowych charakterystycznych dla transmisji prądu przemiennego, nie występuje problem z mocą biernej.

• Transmisja kabla podmorskiego: W transmisji kabla podmorskiego, ponieważ prąd pojemnościowy kabla AC powoduje duże straty i wzrost napięcia, a kabel DC nie ma tego problemu, transmisja wysokonapięciowego prądu stałego kabla podmorskiego ma dużą przewagę.