Mga Konfigurasyon ng Sistema ng Mataas na Voltaheng Direkta (HVDC)

Ang Mataas na Voltaheng Direkta, karaniwang tinatakan bilang HVDC, ay isang napakapabaling na paraan para sa paglipat ng lakas sa malalayong layo, na nagbibigay ng mas mababang pagkawala ng lakas kumpara sa tradisyonal na sistema ng paglipat ng alternating current (AC). Ang sistema ng HVDC ay maaaring ipatupad sa iba't ibang konfigurasyon, bawat isa ay nakatala para sa partikular na mga pangangailangan sa operasyon. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng maikling balangkas ng pangunahing uri ng mga konfigurasyon ng sistema ng HVDC.

Back - to - Back HVDC Systems

Sa back - to - back (B2B) HVDC configuration, ang parehong rectifier at inverter, na ang dalawang pangunahing komponente ng converter, ay naka-install sa iisang terminal station. Ang dalawang elementong ito ng converter ay direktang konektado back - to - back sa bawat isa. Ang pangunahing tungkulin ng konfigurasyong ito ay upang makonekta ang dalawang hiwalay na AC power systems. Ito'y ginagamit sa pamamagitan ng pag-convert ng papasok na AC power sa DC gamit ang rectifier at pagkatapos ay agad na pag-convert ng DC power pabalik sa AC gamit ang inverter.

Back - to - Back HVDC Systems (Continued)

Ang setup ng back - to - back HVDC ay naka-install sa iisang silid at tumutugon sa pagkonekta ng dalawang asynchronous na AC power systems. Dahil sa direktang back - to - back connection ng rectifier at inverter, walang kinakailangan para sa DC transmission line. Upang mabawasan ang bilang ng thyristors na konektado sa serye, ang intermediate DC voltage ay pinanatili sa mababang antas. Samantala, ang current rating ng konfigurasyong ito ay maaaring umabot sa ilang libong amperes.

Ang uri ng HVDC system na ito ay partikular na kapaki-pakinabang para sa pagkonekta ng dalawang asynchronous na AC power systems sa mga sumusunod na sitwasyon:

• Kapag ang dalawang AC systems o power grids ay gumagana sa magkaibang frequencies.

• Kapag ang dalawang systems ay may parehong frequency ngunit may phase difference.

Two - Terminal HVDC System

Sa two - terminal HVDC configuration, mayroong dalawang natatanging terminal stations, bawat isa ay gumagana bilang converter station. Ang isa ay may rectifier, samantalang ang isa pa ay may inverter. Ang dalawang terminals na ito ay konektado ng isang HVDC transmission line, na nagbibigay-daan sa epektibong paglipat ng electrical power sa mahabang layo. Ang setup na ito ay disenyo upang labanan ang mga limitasyon ng tradisyonal na AC transmission para sa long - haul power transfer, kasama ang mga abilidad ng DC power upang mabawasan ang pagkawala ng lakas at mapabuti ang transmission efficiency sa malalaking heograpikal na lugar.

Ang two - terminal HVDC system ay may direkta na koneksyon sa pagitan ng dalawang puntos nang walang parallel transmission lines o intermediate taps sa transmission line. Ang katangian na ito ay nagbibigay sa kanyang alternative name, point - to - point power transmission. Ito ay perpektong na-fit para sa aplikasyon ng power supply sa pagitan ng dalawang lokasyon na malayo sa bawat isa.

Isa sa mga kilalang abilidad ng two - terminal HVDC system ay ang hindi kinakailangan ng HVDC circuit breaker. Sa oras ng maintenance o pag-clear ng mga fault, ang AC circuit breakers sa AC side ay maaaring gamitin upang de-energize ang DC line. Kumpara sa DC circuit breakers, ang AC circuit breakers ay may mas simple na disenyo at mas mababa ang halaga, kaya ang two - terminal HVDC system ay mas ekonomiko at mas madali na mapanatili.

Multi - Terminal DC (MTDC) System

Ang Multi - Terminal DC (MTDC) system ay kumakatawan sa mas kompleks na HVDC configuration. Ito ay gumagamit ng maramihang transmission lines upang makabuo ng koneksyon sa pagitan ng higit sa dalawang puntos. Ang setup na ito ay binubuo ng maraming terminal stations, bawat isa ay may sariling converter, lahat ay konektado sa isang network ng HVDC transmission line. Sa loob ng network na ito, ang ilang converters ay gumagana bilang rectifiers, na nagco-convert ng AC power sa DC, habang ang iba ay gumagana bilang inverters, na nagco-convert ng DC power pabalik sa AC para sa distribution sa mga load. Ang isang pundamental na prinsipyong MTDC system ay ang kabuuang lakas na inipon ng mga rectifier stations ay dapat magtugma sa combined power na tatanggapin ng mga inverter (load) stations, upang matiyak ang balanced at epektibong pagdaloy ng lakas sa interconnected network.

Multi - Terminal DC (MTDC) System (Continued)

Ang network ng MTDC ay parang isang AC grid sa kanyang flexibility, ngunit ito ay nagbibigay ng isang unique advantage: ang kakayahan na kontrolin nang eksaktong ang pagdaloy ng lakas sa DC distributed network. Gayunpaman, ang enhanced functionality na ito ay may bayad na mas mataas na complexity, kaya ang MTDC system ay mas komplikado kaysa sa two - terminal HVDC configuration.

Sa setup ng MTDC, ang pag-rely sa AC circuit breakers sa AC side ay hindi feasible. Hindi tulad ng sa two - terminal system, ang paggamit ng AC circuit breaker ay magde-energize ng buong DC network sa halip na isolating lang ang faulty o maintenance-required line. Upang tugunan ito, ang sistema ng MTDC ay nangangailangan ng maraming DC switchgear components, tulad ng circuit breakers. Ang mga specialized na DC circuit breakers na ito ay disenyo upang ligtas na de-energize circuits o isolate specific sections sa oras ng maintenance operations o pag-clear ng faults, upang matiyak ang stability at reliability ng network.

Ang pag-maintain ng balance ng sistema ay mahalaga sa MTDC system. Ang kabuuang current na inipon ng mga rectifier stations ay dapat magtugma sa current na in-consume ng mga inverter stations. Kapag may biglaang pagtaas ng demand ng lakas mula sa anumang inverter station, ang DC power output ay kailangang taasin upang matugunan ang increased load. Sa proseso na ito, mahalaga ang close monitoring at control ng supplied voltage at operation ng mga inverters upang maiwasan ang overloading, na maaaring mag-lead sa system failures.

Isa sa mga key strengths ng mga sistema ng MTDC ay ang kanilang reliability sa panahon ng forced outages. Sa oras ng unexpected power failure sa isa sa mga generation stations, ang sistema ay maaaring mabilis na re-route ang lakas sa pamamagitan ng alternative converter stations, na mininimize ang disruption sa overall power supply.

Mga Application ng MTDC

• Integrasyon ng Renewable Energy: Nagbibigay-daan para sa koneksyon ng maraming DC-based renewable energy farms sa iba't ibang power grids, na nagbibigay-daan sa epektibong distribution ng clean energy.

• Offshore Wind Power: Nagbibigay-daan para sa koneksyon ng maraming offshore wind farms sa onshore power grid, na lumalampas sa mga hamon na kaugnay ng pag-transmit ng malaking halaga ng lakas sa mahabang layo mula sa malayo na offshore locations.

• Bulk Power Transfer: Nagbibigay-daan para sa pag-transfer ng large-scale power mula sa maraming remote AC generating stations sa maraming load centers, na optima ang distribution ng lakas sa malalaking rehiyon.

• Grid Interconnection: Pinapayagan ang interconnection sa pagitan ng dalawang asynchronous na AC power systems, na nagpapabuti sa grid stability at power exchange capabilities.

• Power Reallocation: Nagbibigay-daan para sa reallocation ng supply ng lakas sa oras ng power failures sa individual generating stations, na nag-aalamin ng continuous power delivery sa consumers.

• AC Network Support: Maaaring magbigay ng additional power sa heavily loaded AC networks sa pamamagitan ng paggamit ng single rectifier at multiple inverters upang inject power sa AC grid, na nagliligtas sa congestion at nagpapabuti sa overall grid performance.

• Flexible Power Tapping: Nagbibigay ng flexibility para tap power sa maraming puntos sa loob ng network, na nauugnay sa diverse power demands at distribution requirements.

Ang mga sistema ng MTDC ay maaaring ikategorya sa dalawang primary types:

Series MTDC System

Sa series MTDC configuration, ang maraming converter stations ay konektado sa serye, tulad ng mga component sa isang electrical series circuit. Ang defining characteristic ng setup na ito ay ang current na nagpapalipat sa bawat converter station ay pareho, na ito ay set ng isa sa mga stations. Gayunpaman, ang voltage drop ay nababahagi sa mga converter stations, kung saan ang bawat station ay may bahagi ng kabuuang voltage drop sa serye-connected network.

Series MTDC System (Continued)

Ang series MTDC system ay maaaring ituring bilang isang extended version ng two-terminal HVDC system, na may maraming converter stations na konektado sa serye, tulad ng ipinakita sa kasama na diagram. Karaniwan, ang mga converter stations sa series MTDC setup ay may mas mababang capacity kumpara sa mga ginagamit sa parallel MTDC systems.

Ang sistema na ito karaniwang gumagamit ng monopolar DC links, kung saan ang DC line ay grounded sa isang tiyak na punto lamang. Upang maprotektahan ang transient electrical surges, maaaring i-install ang grounding capacitor sa iba pang puntos sa line bilang additional protective measure.

Ang insulation coordination sa series MTDC system ay nagbibigay ng significant challenges dahil sa varying DC voltages sa bawat station. Ang power flow control mechanism sa series MTDC system ay mas komplikado kumpara sa parallel MTDC system. Sa parallel MTDC system, ang power flow ay maaaring ma-regulate sa pamamagitan ng pag-inject ng current sa specific lines, samantalang sa series MTDC system, ang power flow control ay umaasa sa pag-adjust ng voltage sa bawat terminal station.

Ang power flow reversal sa series MTDC system ay maaaring mabilis na matamo gamit ang Voltage Source Converters (VSC) at Current Source Converters (CSC). Gayunpaman, kapag may fault o scheduled maintenance para sa particular line, ang buong DC network ay mag-e-experience ng blackout. Tulad ng two-terminal HVDC system, ang AC-side circuit breakers ay ginagamit upang de-energize ang DC network. Ang pag-expand ng series MTDC system ay nagbibigay din ng difficulties. Ang pag-install ng bagong terminal stations ay nangangailangan ng complete blackout ng network, dahil ang ring-shaped DC network ay kailangang hinati sa installation point, na nagdudulot ng disruption sa power supply sa lahat ng iba pang stations sa ruta.

Parallel MTDC System

Sa parallel MTDC system, ang maraming converter stations na gumagana bilang inverters o load stations ay konektado sa single converter station na gumagana bilang rectifier. Ang rectifier station na ito ay nag-supply ng power sa buong DC network. Tulad ng parallel electrical circuit, ang voltage ay constant sa lahat ng inverter o load stations, na ang value nito ay set ng isa sa mga converter stations. Sa kabaligtaran, ang current supply ay nag-iiba-iba depende sa power demand sa bawat station. Upang matiyak ang balanced current supply, ang current ay dinynamically adjusted sa response sa power requirements ng individual load stations. Karaniwan, ang terminal stations sa parallel MTDC system ay may mas mataas na capacity kumpara sa series MTDC network.

Parallel MTDC System (Continued)

Ang power reversal sa parallel MTDC system ay maaaring matamo sa pamamagitan ng voltage reversal o current reversal methods. Kapag gumagamit ng voltage reversal, na karaniwang associated sa Current Source Converter (CSC)-based terminal stations, ito ay may impact sa lahat ng converter stations. Bilang resulta, ang highly sophisticated control at communication system ay kailangang ma-implement sa pagitan ng mga converters upang manage ang effect na ito. Sa kabilang banda, kung ang power reversal ay matatamo sa pamamagitan ng current reversal technique, na karaniwang associated sa Voltage Source Converter (VSC)-based terminal stations, ang proseso ay mas straightforward na maisasagawa. Ito ang pangunahing dahilan kung bakit ang VSCs ay pinaboran kaysa sa CSCs sa parallel MTDC systems.

Sa VSC-based MTDC system, dahil ang voltage ay constant, ang power rating ng terminal station ay determinado ng current ratings ng valve converter. Ang configuration na ito ay nagbibigay ng significant advantage sa power flow control sa DC network. Ito ay maaaring precisely regulate ang power flow sa pamamagitan ng pag-inject ng current sa specific lines, na mas convenient approach kumpara sa power control mechanism sa series systems na umaasa sa voltage control sa bawat station.

Isa sa mga pinakakilalang features ng parallel MTDC system ay ang kanyang resilience sa harap ng faults. Kung may fault sa anumang terminal stations, ang natitirang DC network ay hindi naapektuhan. Gayunpaman, upang i-isolate ang specific DC lines na associated sa faulty station, kinakailangan ang separate DC circuit breaker. Bukod dito, sa oras ng expansion ng DC network, walang kinakailangan na interruptin ang power supply. Ito ay dahil ang bagong terminal stations ay maaaring i-install sa parallel sa existing lines, na nagse-secure ng seamless integration nang walang disruption sa ongoing power distribution.

Ang isa pang advantage ng parallel MTDC system ay ang mas simple na insulation coordination kumpara sa series system. Dahil sa constant voltage sa network, ang insulation requirements ay mas straightforward na manage.

Ang parallel MTDC system ay maaaring ikategorya sa dalawang categories:

Radial MTDC System

Ang radial MTDC system ay isang specific type ng parallel MTDC configuration. Sa setup na ito, kung may break sa transmission line o ang removal ng isang link, ito ay magdudulot ng interruption ng power supply sa isa o higit pang converter stations. Ang characteristic na ito ay nagbibigay ng radial MTDC system na medyo vulnerable sa single-point-of-failure scenarios, dahil ang anumang disruption sa transmission line ay maaaring magkaroon ng direct impact sa power supply sa ilang bahagi ng network.

Ang figure na ipinakita ay nagpapakita ng configuration kung saan ang apat na inverter stations ay konektado sa single rectifier station. Sa setup na ito, malinaw na kung may break sa anumang isa sa mga lines, ito ay magdudulot ng interruption ng power supply sa least one terminal station. Ang vulnerability na ito ay nagbibigay ng radial MTDC system na less reliable kumpara sa Mesh o Ring type MTDC systems.

Mesh (Ring) MTDC System

Sa Mesh o Ring MTDC system, ang inverter (load) stations ay interconnected sa single rectifier station sa mesh o ring-like formation. Isa sa mga key advantages ng configuration na ito ay kahit may break sa single transmission line o ang removal ng isang link, ito ay hindi magdudulot ng interruption ng power supply sa anumang inverter stations. Ang susunod na figure ay malinaw na nagpapakita ng ganitong mesh o ring MTDC system. Ang inherent resilience sa line failures ng Mesh o Ring MTDC system ay nagbibigay ng mas reliable option para sa power transmission at distribution sa ilang aplikasyon, dahil ito ay mas maaaring tustusan ang disruptions at matiyak ang continuous power supply sa connected load stations.

Tulad ng ipinakita, sa mesh o ring-type MTDC system, ang removal ng anumang single link ay hindi nagdudulot ng disruption ng power supply sa anumang converter station. Sa halip, ang electrical power ay automatic na rerouted sa pamamagitan ng alternative links sa network. Ang seamless redirection na ito ay gawin possible ng interconnected nature ng mesh o ring configuration. Ngunit, mahalaga na tandaan na ang mga alternative links na ito ay dapat meticulous na disenyo upang handle ang increased power transmission habang minimizing ang power losses.

Ang absence ng power interruptions sa mesh-type MTDC system ay isang significant advantage. Ito ay matitiyak ang continuous at stable power supply, kahit sa harap ng unexpected link failures. Bilang resulta, ang parallel-connected mesh-type MTDC system ay nagbibigay ng superior reliability kumpara sa parallel-connected radial-type counterpart. Ang susceptibility ng radial system sa power outages dahil sa single-link disruptions ay maliit kumpara sa robust ability ng mesh system na maintain ang power flow sa similar circumstances, kaya ang mesh o ring-type MTDC system ay preferred choice para sa aplikasyon kung saan ang uninterrupted power delivery ay mahalaga.