Tipes van HVDC-stelsels en MTDC-konfigurasies
Hoëspanning Direkstroom (HVDC) Stelsel Konfigurasies
Hoëspanning Direkstroom, algemeen bekend as HVDC, is 'n baie doeltreffende metode vir langafstand kragoorsending, wat beduidend minder kragverlies veroorsaak in vergelyking met tradisionele wisselstroom (AC) oorsending. Die HVDC-stelsel kan in verskeie konfigurasies geïmplementeer word, elke een aangepas aan spesifieke operasionele vereistes. Hierdie artikel gee 'n kort oorsig van die hoof tipes HVDC-stelsel konfigurasies.
Terug-na-terug HVDC Stelsels
In 'n terug-na-terug (B2B) HVDC konfigurasie, is beide die rektifiseerder en die inverser, wat sleutelkomponente van die omvormer is, in dieselfde eindpuntstasie gehuisves. Hierdie twee omvormerelemente is direk terug-na-terug met mekaar verbonden. Die primêre funksie van hierdie konfigurasie is om twee afsonderlike AC-kragstelsels met mekaar te verbind. Dit bereik dit deur eers die inkomende AC-krag na DC te omskep deur middel van die rektifiseerder en dan onmiddellik die DC-krag weer na AC te omskep deur middel van die inverser.
Terug-na-terug HVDC Stelsels (Gestart)
Die terug-na-terug HVDC opstelling is binne 'n enkele kamer geïnstalleer en dien om twee asinchroniese AC-kragstelsels met mekaar te verbind. Gegewe die direkte terug-na-terug verbindings van die rektifiseerder en inverser, is daar geen behoefte aan 'n DC oorsendinglyn nie. Om die aantal thyristers in reeks verbond te minimeer, word die intermediêre DC-spanning bewustelik by 'n lae vlak gehou. Tegelykertyd kan die stroomvermoë van hierdie konfigurasie verskeie duisend amperes bereik.
Hierdie tipe HVDC-stelsel is veral nuttig vir die verbind van twee asinchroniese AC-kragstelsels in die volgende situasies:
Twee-eindpunt HVDC Stelsel
In 'n twee-eindpunt HVDC konfigurasie, is daar twee afsonderlike eindpuntstasies, elk funksioneer as 'n omvormerstasie. Een stasie huis 'n rektifiseerder, terwyl die ander 'n inverser bevat. Hierdie twee eindpunte word deur 'n HVDC-oorsendinglyn verbonden, wat die doeltreffende oorsending van elektriese krag oor lang afstande moontlik maak. Hierdie opstelling is ontwerp om die beperkings van tradisionele AC-oorsending vir langafstandse kragoorsending te oorkom, deur die voordele van DC-krag te gebruik om kragverlies te minimeer en oorsendingseffektiwiteit oor groot geografiese areas te verhoog.
Die twee-eindpunt HVDC-stelsel het 'n direkte verbinding tussen twee punte sonder enige parallelle oorsendinglyne of tussenste taps langs die oorsendinglyn. Hierdie eienskap gee aanleiding tot sy alternatiewe naam, punt-tot-punt kragoorsending. Dit is ideaal geskik vir kragvoorsieningstoepassings tussen twee plekke wat geografies ver van mekaar af is.
Een van die noemenswaardige voordele van die twee-eindpunt HVDC-stelsel is dat dit geen HVDC-sirkuitbreekers benodig nie. In die geval van instandhouding of wanneer fouttracering gedoen word, kan die AC-sirkuitbreekers aan die AC-kant gebruik word om die DC-lyn te de-energiese. In vergelyking met DC-sirkuitbreekers het AC-sirkuitbreekers 'n eenvoudiger ontwerp en kom hulle teen 'n laer koste, wat die twee-eindpunt HVDC-stelsel meer ekonomies en makliker om te onderhou maak.
Multi-eindpunt DC (MTDC) Stelsel
Die Multi-eindpunt DC (MTDC) stelsel verteenwoordig 'n meer komplekse HVDC konfigurasie. Dit maak gebruik van verskeie oorsendinglyne om verbindinge tussen meer as twee punte te vestig. Hierdie opstelling bestaan uit verskeie eindpuntstasies, elk toegerus met sy eie omvormer, almal deur 'n HVDC-oorsendinglyn netwerk met mekaar verbonden. Binneneinander netwerk funksioneer sommige omvormers as rektifiseerders, wat AC-krag na DC omskep, terwyl ander as inversers funksioneer, wat DC-krag weer na AC omskep vir distribusie na belastings. 'n Fundamentele beginsel van die MTDC-stelsel is dat die totale krag deur die rektifiseerderstasies voorsien moet wees gelyk aan die gekombineerde krag ontvang deur die inverser (belasting) stasies, wat 'n gebalanseerde en doeltreffende kragvloei oor die met mekaar verbonden netwerk verseker.
Multi-eindpunt DC (MTDC) Stelsel (Gestart)
Die MTDC-netwerk is analoog aan 'n AC-rooster in terme van sy buigsamheid, maar dit bied 'n unieke voordeel: die vermoë om die kragvloei binne die DC-verspreide netwerk presies te beheer. Hierdie verhoogde funksionaliteit kom egter ten koste van verhoogde kompleksiteit, wat die MTDC-stelsel beduidend meer ingewikkeld maak as 'n twee-eindpunt HVDC konfigurasie.
In 'n MTDC-opstelling is dit nie moontlik om op AC-sirkuitbreekers aan die AC-kant te leun nie. Anders as in 'n twee-eindpunt stelsel, sou die gebruik van 'n AC-sirkuitbreek die hele DC-netwerk de-energiese eerder as net die foute of instandhouding vereiste lyn te isoleer. Om hierdie probleem te adresseer, vereis die MTDC-stelsel verskeie DC-schakelapparatuurkomponente, soos sirkuitbreekers. Hierdie gespesialiseerde DC-sirkuitbreekers is ontwerp om sirkuite veilig te de-energiese of spesifieke afdelings tydens instandhoudingoperasies of wanneer fouttracering gedoen word te isoleer, om die stabiliteit en betroubaarheid van die netwerk te verseker.
Die handhawing van stelselbalans is krities in 'n MTDC-stelsel. Die totale stroom deur die rektifiseerderstasies voorsien moet presies ooreenstem met die stroom verbruik deur die inverserstasies. Wanneer daar 'n plotselinge sprong in kragvraag van enige inverserstasie is, moet die DC-kragopwekking ooreenkomstig opgevoer word om die verhoogde belasting te bevredig. Gedurende hierdie proses is dit noodsaaklik om beide die voorsieningsspanning en die werking van die inversers nou te moniteer en te beheer om oorlastig te voorkom, wat kan lei tot stelselfaalures.
Een van die kragte van MTDC-stelsels is hul betroubaarheid tydens gedwonge uitval. In die geval van 'n onverwagte kragfoute by een van die generasie stasies, kan die stelsel vinnig krag deur alternatiewe omvormerstasies herroeteer, die verstoring van die algehele kragvoorsiening tot 'n minimum beperk.
Toepassings van MTDC
MTDC-stelsels kan in twee hoof tipes verdeel word:
Reeks MTDC Stelsel
In 'n reeks MTDC konfigurasie, is verskeie omvormerstasies in reeks verbond, soos komponente in 'n elektriese reeks-sirkuit. 'n Definisieme kenmerk van hierdie opstelling is dat die stroom wat deur elke omvormerstasie vloei dieselfde bly, omdat dit deur een van die stasies ingestel word. Die spanningsval is egter onder die omvormerstasies verdeel, met elke stasie 'n deel van die totale spanningsval oor die reeks-verbond netwerk ervaar.
Reeks MTDC Stelsel (Gestart)
Die reeks MTDC-stelsel kan beskou word as 'n uitgebreide weergawe van die twee-eindpunt HVDC-stelsel, wat verskeie omvormerstasies in reeks verbond insluit, soos in die bygevoegde diagram geïllustreer. Tipies het die omvormerstasies in 'n reeks MTDC-opstelling 'n laer kapasiteit in vergelyking met dié wat in parallele MTDC-stelsels gebruik word.
Hierdie stelsel maak gewoonlik gebruik van monopolaire DC-verbindings, waar die DC-lyn slegs by een spesifieke punt aangesluit is. Om teen transiënte elektriese fluktuasies te beskerm, kan 'n grondkapasiteit by ander punte langs die lyn as 'n addisionele beskermmaatregel geïnstalleer word.
Isolasiekoördinasie in die reeks MTDC-stelsel bied beduidende uitdagings as gevolg van die wisselende DC-spannings by elke stasie. Die kragvloei beheer-meganisme in die reeks MTDC-stelsel is meer ingewikkeld in vergelyking met dié van die parallele MTDC-stelsel. In 'n parallele MTDC-stelsel kan kragvloei gereguleer word deur stroom in spesifieke lyne in te speel, terwyl in die reeks MTDC-stelsel, kragvloei beheer afhang van die aanpassing van die spanning by elke eindpuntstasie.
Kragvloei omkeer in 'n reeks MTDC-stelsel kan gemaklik deur beide Spanningsbronne Omvormers (VSC) en Stroombronne Omvormers (CSC) bereik word. Wanneer egter 'n fout voorkom of geplankeerde instandhouding nodig is vir 'n spesifieke lyn, sal die hele DC-netwerk 'n swartuitervaring ervaar. Soos in die twee-eindpunt HVDC-stelsel, word AC-kant sirkuitbreekers gebruik om die DC-netwerk te de-energiese. Die uitbreiding van die reeks MTDC-stelsel bied ook uitdagings. Die installasie van nuwe eindpuntstasies vereis 'n volledige swartuitervaring van die netwerk, omdat die ringvormige DC-netwerk by die installasiepunt moet geskei word, wat die kragverspreiding aan alle ander stasies langs die pad onderbreek.
Parallelle MTDC Stelsel
In 'n parallelle MTDC-stelsel, is verskeie omvormerstasies wat funksioneer as inversers of belastings, met 'n enkele omvormerstasie wat funksioneer as 'n rektifiseerder. Hierdie rektifiseerderstasie verskaf krag aan die hele DC-netwerk. Analogs aan 'n parallelle elektriese sirkuit, bly die spanning konstant oor alle inverser of belastings, met sy waarde deur een van die omvormerstasies ingestel. Inteendeel, varieer die stroomverskaffing volgens die kragvraag by elke stasie. Om 'n gebalanseerde stroomverskaffing te handhaaf, word die stroom dinamies aangepas in reaksie op die kragbehoeftes van individuele belastings. Algemeen gesproke, het die eindpuntstasies in 'n parallelle MTDC-stelsel 'n hoër kapasiteit as dié in 'n reeks MTDC-netwerk.
Parallelle MTDC Stelsel (Gestart)
Kragvloei omkeer in 'n parallelle MTDC-stelsel kan deur of spanningsomkeer of stroomomkeermetodes bereik word. Wanneer spanningsomkeer gebruik word, wat tipies met Stroombronne Omvormer (CSC)-gebaseerde eindpuntstasies geassosieer word, het dit 'n impak op alle omvormerstasies. As gevolg hiervan moet 'n baie gesofistikeerde beheer- en kommunikasiestelsel tussen hierdie omvormers geïmplementeer word om hierdie effek te bestuur. Aan die ander kant, as kragvloei omkeer deur die stroomomkeertechniek bereik word, wat dikwels met Spanningsbronne Omvormer (VSC)-gebaseerde eindpuntstasies geassosieer word, is die proses veel meer eenvoudig om uit te voer. Dit is die primêre rede waarom VSC's in parallelle MTDC-stelsels verkies word bo CSC's.
In 'n VSC-gebaseerde MTDC-stelsel, omdat die spanning konstant bly, word die kragvermoë van die eindpuntstasie bepaal deur die stroomvermoë van die ventielomvormer. Hierdie konfigurasie bied 'n beduidende voordeel in terme van kragvloei beheer binne die DC-netwerk. Dit kan die kragvloei presies reguleer deur stroom in spesifieke lyne in te speel, wat 'n meer gerieflike benadering is in vergelyking met die kragbeheer-meganisme in reeksstelsels wat op spanningbeheer by elke stasie berus.
Een van die mees noemenswaardige kenmerke van die parallelle MTDC-stelsel is sy veerkrag in die geval van foute. As 'n fout voorkom in enige van die eindpuntstasies, bly die res van die DC-netwerk onveranderd. Om egter die spesifieke DC-lyne geassosieer met die foute stasie te isoleer, word 'n aparte DC-sirkuitbreekers vereis. Daarbenewens, tydens die uitbreiding van die DC-netwerk, is daar geen behoefte om die kragverspreiding te onderbreek nie. Dit is omdat nuwe eindpuntstasies in parallel met die bestaande lyne geïnstalleer kan word, wat naadlose integrasie verseker sonder om die voortgaande kragverspreiding te onderbreek.
'n Ander voordeel van die parallelle MTDC-stelsel is sy relatief eenvoudige isolasiekoördinasie in vergelyking met 'n reeksstelsel. As gevolg van die konstante spanning oor die netwerk, is die isolasievereistes meer eenvoudig om te bestuur.
Die parallelle MTDC-stelsel kan verder in twee kategorieë verdeel word:
Radiale MTDC Stelsel
Die radiale MTDC-stelsel is 'n spesifieke tipe parallelle MTDC-konfigurasie. In hierdie opstelling, indien daar 'n breek in 'n oorsendinglyn is of een skakeling verwyder word, sal dit lei tot die onderbreking van kragverspreiding na een of meer omvormerstasies. Hierdie eienskap maak die radiale MTDC-stelsel 'n bietjie kwetsbaar vir enkel-punt-foutscenario's, aangesien enige onderbreking in die oorsendinglyn 'n direkte impak kan hê op die kragverspreiding na sekere dele van die netwerk.
Die verskafde figuur illustreer 'n konfigurasie waar vier inverserstasies met 'n enkele rektifiseerderstasie verbind is. In hierdie opstelling is duidelik dat as daar 'n breek in enige een van die lyne is, sal dit onvermydelik lei tot die onderbreking van kragverspreiding na ten minste een eindpuntstasie. Hierdie kwetsbaarheid maak die radiale MTDC-stelsel minder betroubaar in vergelyking met Mesh of Ring-tipe MTDC-stelsels.
Mesh (Ring) MTDC Stelsel
In 'n Mesh of Ring MTDC-stelsel, is die inverser (belasting) stasies met 'n enkele rektifiseerderstasie in 'n mesh- of ringagtige vorm verbind. Een van die sleutelvoordele van hierdie konfigurasie is dat selfs as daar 'n breek in 'n enkele oorsendinglyn is of een skakeling verwyder word, lei dit nie tot die onderbreking van kragverspreiding na enige van die inverserstasies nie. Die volgende figuur illustreer duidelik so 'n mesh- of ring MTDC-stelsel. Hierdie inherente veerkrag teen lynfoute maak die Mesh of Ring MTDC-stelsel 'n meer betroubare opsie vir kragoorsending en -verspreiding in sekere toepassings, aangesien dit beter kan weerstaan teen verstoring en kontinue kragverspreiding na die verbonden belastings verseker.
Soos geïllustreer, in 'n mesh- of ringtipe MTDC-stelsel, lei die verwydering van enige enkele skakeling nie tot die onderbreking van kragverspreiding na enige omvormerstasie nie. In plaas daarvan, word die elektriese krag outomaties deur alternatiewe skakelinge binne die netwerk omgerouteer. Hierdie naadlose omrigting word moontlik gemaak deur die met mekaar verbonden aard van die mesh- of ringkonfigurasie. Dit is egter belangrik om te noteer dat hierdie alternatiewe skakelinge met groot zorg moet ontwerp word om die verhoogde kragoorsending te hanteer terwyl kragverlies geminimeer word.
Die afwesigheid van kragonderbreking in die mesh-type MTDC-stelsel is 'n beduidende voordeel. Dit verseker 'n kontinue en stabiele kragverspreiding, selfs in die geval van onverwagte skakelingfoute. Gevolglik bied 'n parallelle verbonden mesh-type MTDC-stelsel beter betroubaarheid in vergelyking met sy parallelle verbonden radiale tipe teenpunt. Die radiale stelsel se kwetsbaarheid vir kragonderbreking as gevolg van enkel-skakelingverstoring is niets in vergelyking met die meshstelsel se sterke vermoë om kragvloei onder soortgelyke omstandighede te handhaaf, wat die mesh- of ringtype MTDC-stelsel 'n voorkeur keuse maak vir toepassings waar kontinue kraglewering van uiterste belang is.
