Причины использования переменного тока для передачи электроэнергии на большие расстояния

Исторический фактор развития

Ранние энергетические системы были основаны на переменном токе: в ранние дни развития энергетических систем технологии генераторов и трансформаторов были относительно зрелыми и легко производимыми.

Система переменного тока может легко изменять уровень напряжения через трансформатор для достижения высоковольтной передачи, чтобы снизить потери в линиях, поэтому передача переменного тока широко использовалась в ранние дни и сформировала огромную энергосистему.

Технические соображения

Преимущества трансформаторов в системах переменного тока

Передача переменного тока может быть легко повышена или понижена с помощью трансформаторов. На стороне генерации выходное напряжение генератора увеличивается, чтобы уменьшить ток и снизить потери мощности в линии. На стороне потребления напряжение снижается до уровня, подходящего для пользователя, через трансформатор. Текущая технология трансформаторов постоянного тока относительно сложна и дорога, и трудно регулировать напряжение так же гибко, как в трансформаторах переменного тока при дальней передаче.

Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности может быть удобно выполнена в системе переменного тока. Реактивная мощность - это энергия, необходимая для поддержания электрических и магнитных полей в энергетической системе, но она не выполняет внешнюю работу. При дальней передаче большое количество реактивной мощности генерируется из-за индуктивных и емкостных эффектов линии.

Установка устройств компенсации реактивной мощности в подстанциях позволяет улучшить коэффициент мощности системы, снизить потери в линиях и колебания напряжения. В отличие от этого, управление реактивной мощностью в системах ВНПП относительно сложно и требует специализированного оборудования для компенсации.

Сетевое взаимодействие

Большинство существующих энергетических систем являются сетями переменного тока, и взаимодействие между системами переменного тока относительно просто. С помощью трансформаторов и коммутационного оборудования можно реализовать соединение и обмен мощностью между сетями переменного тока в разных регионах и на разных уровнях напряжения, что повышает надежность и стабильность энергосистем.

Взаимодействие между системой передачи постоянного тока и системой переменного тока требует преобразования через конверторную станцию, что сложно и дорого. В крупных энергосистемах взаимодействие систем переменного тока делает распределение мощности и ресурсов более гибким.

Экономический аспект затрат

Затраты на оборудование

В настоящее время оборудование для передачи переменного тока, такое как трансформаторы, выключатели, разъединители и другие технологии, достаточно развито, и стоимость производства относительно низкая. Оборудование конверторной станции в системе передачи постоянного тока сложное, включает в себя конверторные клапаны, фильтры постоянного тока, сглаживающие реакторы и т.д., и стоит дорого.

Например, стоимость строительства конверторной станции ВНПП может быть в несколько раз выше, чем стоимость эквивалентной подстанции переменного тока.

Затраты на обслуживание

После длительного развития и применения оборудования для передачи переменного тока технологии обслуживания достаточно развиты, и затраты на обслуживание низкие. Требования к обслуживанию оборудования в системе передачи постоянного тока высокие, требуются профессиональные техники и специальное испытательное оборудование, и затраты на обслуживание высокие.

Применение

• Дальняя передача большой мощности: для нужд дальних (более нескольких сотен километров) передач больших мощностей, потери в линиях передачи постоянного тока относительно низкие. Поскольку передача постоянного тока не имеет индуктивных и емкостных эффектов, проблема реактивной мощности отсутствует.

• Передача по подводным кабелям: при передаче по подводным кабелям, поскольку емкостный ток кабеля переменного тока вызывает значительные потери и повышение напряжения, а кабель постоянного тока не имеет этой проблемы, высоковольтная передача постоянного тока по подводным кабелям имеет большое преимущество.