Tentsio Altua Zuzendeko (HVDC) Sistemaren Konfigurazioak

Tentsio Altua Zuzendeko, laburbilduta HVDC bezala ezagutua, erabilera luzeetarako indarraren transmitizio modu oso efizientea da, arrakasta batean transmitizio arrunta (AC) batzordeen aldetik. HVDC sistema hau konfigurazio desberdinetan aplikatu daiteke, zuriun guztiek operazio-espeziifikoen beharretara egokituta. Artikulu honek HVDC sistemaren konfigurazio nagusiengoen ikuspegi labur bat ematen du.

Atzealdeko HVDC Sistemat

Atzealdeko (B2B) HVDC konfigurazioan, birrektifikatzailea eta inbertsoreak, biak konbertsorearen osagai garrantzitsuenak, terminamenduko estazio berdian kokatzen dira. Bi konbertsore-elementu hauek zuzenean atzealdeko konektatuta daude. Konfigurazio hau bi AC indarr-sistema desberdinak lotzeko dago. Horixe egin duela, sarrera-ko AC indarra DC-ra birrektifikatzen du eta ondoren DC indarra inbertsorearen bidez AC-ra itzultzen du.

Atzealdeko HVDC Sistemak (Jarraitzen)

Atzealdeko HVDC egitura bat pertsonai bakar batean instalatzen da eta bi AC indarr-sistema asinkrono lotzeko dago. Birrektifikatzailea eta inbertsorea zuzenean atzealdeko konektatuta daudenez, DC transmitizio lerroa beharrezkoa ez da. Thyristor kopuru txiki gehienetan mantentzeko, DC tarte-tentsioa deliberatuz balio baxuan utzi da. Baita ere, konfigurazio hau honako intensitate handiak suporta dezake: milaka ampera.

HVDC mota hau erabilgarria da bi AC indarr-sistema asinkrono lotzeko kasu hauek:

• Bi AC sistema edo sareak tentsio desberdinetan funtzionatzen badira.

• Bi sistema tentsio bera duten baina fasa desberdinetan adierazten badira.

Bi Terminamenduko HVDC Sistema

Bi terminamenduko HVDC konfigurazioan, bi terminamenduko estazio desberdin daude, biak konbertsore estazio bezala funtzionatzen. Batzuk birrektifikatzailea dituzte, besteak inbertsore. Bi terminamendu hauek HVDC transmitizio lerro batez konektatuta daude, indarraren transmitizio erabilera luzeetan oso efizientea ahalbidetzen duena. Estudio hau tradizionalen transmitizio AC-ren murrizketetako gainditu nahi ditu, transmitizio luzerako DC indarraren abantailak erabiliz, indarraren galduak gutxituz eta transmitizio efizientzia handituz.

Bi terminamenduko HVDC sistema puntu batetik bestera lotura zuzena du, transmitizio lerro paralelorik edo intermedio punturik gabe. Karakteristikoa horrek izena alternatiboa ematen dio: puntu-puntutan transmitizioa. Hona hemen distantzia geografiko handitan dauden bi leku arteko indarraren hornitzaile aplikazioetan oso egokia.

Bi terminamenduko HVDC sisteman, HVDC circuit-breaker beharrik ez du. Mantentzea edo akatsak garbitzea beharrezkoa direnean, AC aldean dauden AC circuit-breaker erabil daitezke DC lerroaren energia kendu. AC circuit-breakerrek disegu sinpleagoa dute eta kostu txikiagoak dira, horrela bi terminamenduko HVDC sistema ekonomikoagoa eta mantentzea errazagoa da.

Multi-Terminamenduko DC (MTDC) Sistema

Multi-Terminamenduko DC (MTDC) sistema HVDC konfigurazio kompletsuagoa da. Transmisio lerro anitz erabiliz, bi puntu baino gehiago elkar lotzen ditu. Estudio hau konbertsore estazio asko ditu, bakoitzak bere konbertsorearekin, HVDC transmitizio lerro sarbidea bidez elkar lotuta. Sarbide honetan, zenbait konbertsore birrektifikatzaile bezala funtzionatzen du, AC indarra DC-ra birrektifikatzen du, besteak inbertsore bezala, DC indarra AC-ra itzultzen duen. MTDC sisteman, printzipio nagusia da birrektifikatzaile estazioek emandako indar guztia inbertsore (indarra hartzen duen) estazioek jasotako indar koppurua izan behar duela, sarbide loturiko flujoa oso egoki eta efizientea izateko.

Multi-Terminamenduko DC (MTDC) Sistema (Jarraitzen)

MTDC sareak AC sareei antolaketa flexibilitate similarra ditu, baina abantaila unikoa du: DC sare banatuko indarraren flujoa kontrolatzeko aukera zehatz. Abantaila hau, ordea, konplexutasuna gehitu da, MTDC sistema bi terminamenduko HVDC konfigurazioa baino askoz konplexuagoa da.

MTDC estudioko, AC aldean dauden AC circuit-breaker erabili ezin da. Bi terminamenduko sistema batean bezala, AC circuit-breaker erabiltzeak DC sare osoa energia kenduko du, ala lerro faltsua edo mantentzea beharrezkoa den lerro bakarra. Horregatik, MTDC sistema DC switchgear komponente anitz behar ditu, circuit-breaker bezalako. Circuit-breaker hauek diseinatu dira zirkuitoak segurtasunez energia kendeko edo lerro espesifiko bat mantentzean edo akatsak garbitzean isolatzeko, sarearen estabilitatea eta fiabletasuna babesteko.

Sistema-balantzea MTDC sistematan garrantzitsu da. Birrektifikatzaile estazioek emandako indar guztia inbertsore estazioek hartu behar duten indar guztia beti izan behar du. Inbertsore estazio batean indar-beharrak altuagoa denean, DC indarraren irteera modu osoan igotu behar da beharrezkoa izan daitekeen indar gehiagora erantzun dadin. Prozesu hauetan, indarra emandako tentsioa eta inbertsoreen funtzionamendua kontrolatzeko eta monitorizatzeko garrantzitsu da, sobrecarga sortzea saihesteko, sistema-kabesa daitezkeelako.

MTDC sistemaren garrantzitsu abantaila bat da forzatutako itzalketa gertatzen denean fiabletasuna. Generatzaile estazio batean inesperatutzat joan denean, sistema indarra konbertsore estazio alternatibo baten bidez berrirratu dezake, indarraren hornitzaile osoa minimizatzeko.

MTDC-en Aplikazioak

• Energia Erneina Integratzea: Erenien energia-base DC farm multzoak sare desberdin guztietara konektatzeko aukera ematen du, energia garbia banatzea erraztuz.

• Itsasertzeko Eoloia: Itsasertzeko eoloia farm multzoak itsasaldi sareari konektatzeko aukera ematen du, distantzia luzeetatik erabilera handiak transmititzeko ariko dauden arazoak gaindituz.

• Bulk Indar Transmitizioa: Eskala handiko indarra transmititzeko aukera ematen du, AC generatzaile estazioen multzo distantzia luzeetatik indar-zentro multzoetara, indarraren banatzea optimizatuz.

• Sare Lotura: Bi AC indar-sistema asinkrono lotzeko aukera ematen du, sarearen estabilitatea eta indarraren truke kapasitatea hobetuz.

• Indar Realokatzea: Indar-hornitzaile bat heldu denean, indar-hornitzaile batzordeko indar-realokatzea aukera ematen du, indar-hornitzaile jarraitzailea lortzeko.

• AC Sarearen Laguntza: Sare AC oso lodetu baten laguntza emateko aukera du, birrektifikatzaile bakarra eta inbertsore asko erabiliz, indarra sarean injektatuz, agertzen diren blokeoak eta sarearen prestazioa hobetuz.

• Indar Tapping Flexiblea: Sarean puntuen anitzetan indarra tapping egiteko aukera ematen du, indar-beharr desberdinetan eta banatze eskumenetan adapta daiteke.

MTDC sistemak bi mota nagusitan sailkatu daitezke:

Serieko MTDC Sistema

Serieko MTDC konfigurazioan, konbertsore estazio asko seriean konektatuta daude, elektrizitate seriean osagaiak bezala. Konfigurazio hau definizio karakteristikoa da, seriean osagai bakoitzeko pasatzen den korrontea berdina izatea, osagai batek ezartzen duena. Baina tentsio gorabehera konbertsore estazio guztietan banatzen da, seriean osagai bakoitzak total tentsio gorabeheraren zati bat izango du.

Serieko MTDC Sistema (Jarraitzen)

Serieko MTDC sistema bi terminamenduko HVDC sistema baten zabaltzailea izan daiteke, seriean konbertsore estazio anitz daudela, irudian adierazita dagoen bezala. Adibidez, serieko MTDC konfigurazioan dauden konbertsore estazioak pareleloko MTDC sistemak erabiliko dituenen baino kapasitate txikiagoa izango dute.

Sistema hau normalki mono-polarra du, non DC lerroa puntu jakin batetik bakarrik lotuta dago. Aldaketak galtzeko, lerroko beste puntuetan instalatutako grounding capacitor erabil daiteke.

Serieko MTDC sistemako insulation coordination-a tentsio DC desberdinak dituzten estazio bakoitzeko arduraduna da. Serieko MTDC sistemako indar-flujo kontrol-mekanismoa pareleloko MTDC sistemarekin alderatuta konplexuagoa da. Pareleloko MTDC sistemetan, indar-flujua kontrolatzeko korrontea lineako espesifiko batetik iniektatzen da, serieko MTDC sistemetan, indar-flujua kontrolatzeko terminal estazio bakoitzeko tentsioa doitzeko beharrezkoa da.

Serieko MTDC sistemako indar-flujo alderantzikatzea Voltage Source Converter (VSC) eta Current Source Converter (CSC) erabiliz erraz egin daiteke. Baina, line batean akats bat gertatzen denean edo mantentzea beharrezkoa denean, DC sare osoa eten egingo da. Bi terminamenduko HVDC sistema bezala, DC sarearen energia kendu ahal izateko AC aldeko circuit-breaker erabil daitezke. Serieko MTDC sistema zabaldua, instalazio berriak egin ahal izateko, sare osoa itzali behar da, instalazio puntuaren inguruan zatituta, beste estazio guztien indar-hornitzailea eten dezan.

Pareleloko MTDC Sistema

Pareleloko MTDC sistemetan, inbertsore bezala edo indarra hartzen duen estazio bezala funtzionatzen diren konbertsore estazio anitz bat konbertsore estazio bakarrarekin lotuta daude, birrektifikatzaile bezala funtzionatzen duena. Birrektifikatzaile estazio hau DC sare osoari indar ematen dio. Elektrizitate pareleloko circuitu baten antzera, tentsioa inbertsore edo indarra hartzen duen estazio guztietan konstantea da, bere balioa konbertsore estazio batek ezartzen duena. Korrontea aldiz, estazio bakoitzaren indar-beharraren arabera aldatzen da. Indar-balantzea mantentzeko, korrontea dinamikoki aldatzen da, indarra hartzen duen estazio bakoitzaren beharrei erantzun dadin. Ohimenez, pareleloko MTDC sistemako terminal estazioak serieko MTDC sarean dauden baino kapasitate handiagoa izango dute.

Pareleloko MTDC Sistema (Jarraitzen)

Pareleloko MTDC sistemako indar-flujo alderantzikatzea tentsio alderantzikatze edo korrontea alderantzikatze metodoen bidez egin daiteke. Tentsio alderantzikatzea erabiliz, zeinak Current Source Converter (CSC) oinarritako terminal estazioekin erlazionatuta dago, indar-flujo alderantzikatzea estazio guztietan eragina izango du. Hori dela eta, konbertsore horietan kontrol eta komunikazio sistema sofiaskurra implementatu behar da horren eraginek kudeatzeko. Alderantzikatzea korrontea alderantzikatze teknika erabiliz egin daiteke, Voltage Source Converter (VSC) oinarritako terminal estazioekin erlazionatuta dago, prozesu hori exekutatzeko erraza da. Hori da VSC-ak CSC-baino pareleloko MTDC sistemetan gustatzen diren arrazoia nagusia.

VSC oinarritako MTDC sistemetan, tentsioa konstantea denez, terminal estazioaren indar balioa konbertsorearen korrontea ezartzen du. Konfigurazio hau DC sarean indar-flujo kontrolatzeko abantaila handia ematen du. Indar-flujoa line espesifiko batetik iniektatzen du, serieko sistemak tentsio kontrolaren menpe dituen indar-flujo kontrol-mekanismoa baino errazagoa da.

Pareleloko MTDC sistemaren ezaugarri garrantzitsuenetako bat da akatsen aurretasuna. Terminal estazio batean akats bat gertatzen denean, DC sarearen geratzen den zatia aldatu gabe gelditzen da. Hala ere, akats estazioarekin lotutako DC line espesifikoak isolatzeko, DC circuit-breaker apartatu bat behar da. Gainera, DC sare zabaldu bitartean, indar-hornitzailea eten beharrik ez dago. Hori da, terminal estazio berriak line existenteen pareleloan instalatzen direnez, indar-hornitzailea jarraituz, integratze arrunta da, indar-hornitzailea eten gabe.

Pareleloko MTDC sistemaren beste abantaila bat da insulation coordination-aren sinplitasuna serieko sistema batekin alderatuta. Sare osoan tentsioa konstantea denez, insulation eskerrak errazago kudeatzeko dira.

Pareleloko MTDC sistema bi kategoriara banatzen da:

Radial MTDC Sistema

Radial MTDC sistema pareleloko MTDC konfigurazio espesifikoa da. Konfigurazio hauetan, transmitizio lerro batean hautsa bat gertatzen denean edo link batek kendu denean, konbertsore estazio batean edo gehiago indar-hornitzailea eten egingo da. Radial MTDC sistema hau, transmission lerro batean gertatzen den hautsa bat estazio baten indar-hornitzailea eten dezake, sistema hau single-point-of-failure eskumenetan haserrekoa da.

Irudian ageri den konfigurazioan, lau inbertsore estazio birrektifikatzaile estazio bakarrarekin lotuta daude. Konfigurazio hauetan, line batean hautsa bat gertatzen denean, terminal estazio baten indar-hornitzailea eten egingo da. Haserreko honek radial MTDC sistema Mesh edo Ring MTDC sistema batekin alderatuta fidagarriagoa da.

Mesh (Ring) MTDC Sistema

Mesh edo Ring MTDC sistemetan, inbertsore (indarra hartzen duen) estazioak mesh edo ring antzera birrektifikatzaile estazio bakarrarekin lotuta daude. Konfigurazio hauen abantaila nagusia da, transmission lerro batean hautsa bat gertatzen denean edo link batek kendu denean, inbertsore estazio baten indar-hornitzailea eten egingo ez dela. Irudian adierazten den bezala, Mesh edo Ring MTDC sistema hau line hautsetan fidagarriagoa da, indar-hornitzailea jarraituz, estazio baten indar-hornitzailea eten gabe.

Irudian adierazten den bezala, mesh edo ring tipo MTDC sistemetan, link bat kendu denean, konbertsore estazio baten indar-hornitzailea eten egingo ez dela. Indar elektrikoa automatikoki alternative linken bidez berrirratuko da. Alternative link hauen disenioa zehatz egitea beharrezkoa da, indar transmitizio handiak berrirratzea eta indar galdua gutxitzea.

Mesh tipo MTDC sistemako indar-hornitzailea eten gabe jarraitzea abantaila garrantzitsu bat da. Indar-hornitzailea jarraitzea, link hautsetan gertatzen diren inesperatutzat jotan, fidagarria da. Beraz, parallel connected mesh tipo MTDC sistema fidagarriagoa da parallel connected radial tipo MTDC sistemarekin alderatuta. Radial sistema baten indar-hornitzailea eten dezakeen link batzuk, mesh sistema baten indar-hornitzailea eten gabe jarraitzearen aurrean, mesh edo ring tipo MTDC sistema aukera onena da, indar-hornitzailea jarraitzea garrantzitsuena den aplikazioetan.