מגדרי מערכות מתח גבוה זרם ישר (HVDC)

מתח גבוה זרם ישר, שנקרא בקיצור HVDC, הוא שיטה יעילה מאוד להעברת חשמל למרחקים ארוכים, המפחיתה באופן משמעותי את אובדן החשמל בהשוואה להעברה טרditional של זרם חילופין (AC). מערכת HVDC יכולה להיות מומששת במגוון תצורות, כל אחת מתאימה לדרישות תפעול ספציפיות. מאמר זה מספק תקציר קצר של סוגי התצורות העיקריות של מערכת HVDC.

מערכות HVDC אחורה לאחור

בתצורת HVDC אחורה לאחור (B2B), שני המרכיבים העיקריים של המומר - המומר והמומר, מוחזקים באותה תחנת קצה. שני אלמנטי המומר הללו מחוברים ישירות אחורה לאחור אחד עם השני. הפונקציה העיקרית של תצורה זו היא לחבר שתי מערכות חשמל AC נפרדות. היא מגיעה לכך על ידי הפיכת החשמל הentrant AC ל-DC באמצעות המומר ולאחר מכן להפוך במהירות את החשמל DC בחזרה ל-AC באמצעות המומר.

מערכות HVDC אחורה לאחור (המשך)

ההתקנה של מערכת HVDC אחורה לאחור היא בתוך חדר אחד ומשמשת לקישור בין שתי מערכות חשמל AC א-סינכרוניות. בהתחשב בקשר הישיר אחורה לאחור בין המומר למומר, אין צורך בקו תמסורת DC. כדי להפחית את מספר התיאיסטורים המחוברים בסידרה, המתח הביניוני של ה-DC נשמר בכוונה ברמה נמוכה.-meanwhile, רמת הזרם של תצורה זו יכולה להגיע לכמה אלפי אמפרים.

סוג זה של מערכת HVDC особенно полезен для соединения двух асинхронных систем переменного тока в следующих сценариях:

• כאשר שתי מערכות ה-AC או הרשתות פועלות בתדרים שונים.

• כאשר שתי המערכות פועלות באותו תדר אך מפגינות הפרש מופע.

מערכת HVDC דו-קצוונית

בתצורת מערכת HVDC דו-קצוונית, יש שתי תחנות קצה שונות, כל אחת פועלת כתחנת ממור. בתחנה אחת נמצא מומר, בעוד שהשנייה מכילה מומר. שתי תחנות הקצה מחוברות באמצעות קו תמסורת HVDC, המאפשר העברת חשמל יעילה למרחקים ארוכים. תצורה זו מיועדת להתגבר על מגבלות ההעברה הטרditional של AC עבור העברה מרוחקת של חשמל, תוך שימוש ביתרונות של זרם ישר כדי להפחית את אובדן החשמל ולהגביר את יעילות ההעברה על פני שטחים גאוגרפיים נרחבים.

מערכת HVDC הדו-קצוונית כוללת חיבור ישיר בין שתי נקודות ללא קווים מקבילים של תמסורת או תפרים ביניים לאורך הקו. מאפיין זה נותן לה את השם החלופי, העברת חשמל נקודה לנקודה. היא מתאימה במיוחד ליישומים של אספקת חשמל בין שתי מיקומים הנמצאים מרחק רב אחד מהשני.

אחד היתרונות המובהקים של מערכת HVDC הדו-קצוונית הוא שאין צורך במחוון מעגל DC. במקרה של תחזוקה או כאשר יש לנקות תקלות, ניתן להשתמש במחווני מעגל ACצד ה-AC כדי לנטרל את הקו ה-DC. בהשוואה למחווני מעגל DC, מחווני מעגל AC הם פשוטים יותר בעיצובם ומכילים עלויות נמוכות יותר, מה שהופך את מערכת HVDC הדו-קצוונית ליותר כלכלית ונוחה יותר לתחזוקה.

מערכת Multi-Terminal DC (MTDC)

מערכת Multi-Terminal DC (MTDC) מייצגת תצורת HVDC מורכבת יותר. היא משתמשת במספר קווים של תמסורת כדי ליצור קשרים בין יותר משתי נקודות. תצורה זו כוללת מספר תחנות קצה, כל אחת מצוידת במומר שלה, הכל מחוברת על ידי רשת קו תמסורת HVDC. בתוך הרשת הזו, חלק מהמומרות פועלות כמומרות, המרת חשמל AC ל-DC, בעוד שאחרות פועלות כמומרות, המרת חשמל DC בחזרה ל-AC לשירות לeloads. עקרון בסיסי של מערכת MTDC הוא שהכוח הכולל המסופק על ידי תחנות המומר צריך להיות שווה לסכום הכוח המתקבל על ידי תחנות המומר (eloads), המבטיח זרימת חשמל מאוזנת ויעילה לרשת המקושרת.

מערכת Multi-Terminal DC (MTDC) (המשך)

רשת MTDC דומה לרשת AC במובן הגמישות שלה, אך היא מציעה יתרון ייחודי: היכולת לשלוט במדויק בזרימת החשמל בתוך הרשת המופצת של DC. עם זאת, יכולת מוגברת זו מגיעה במחיר של מורכבות מוגברת, מה שהופך את מערכת MTDC למורכבת באופן משמעותי יותר מאשר תצורת מערכת HVDC דו-קצוונית.

בתצורת MTDC, לא ניתן להסתמך על מחווני מעגל ACצד ה-AC. בניגוד למערכת דו-קצוונית, שימוש במחוון מעגל AC ינטרל את כל הרשת DC במקום לנטרל רק את הקו הספציפי שנדרש לתיקון או תחזוקה. כדי להתמודד עם זה, מערכת MTDC דורשת מספר רכיבי מעגל DC, כגון מחוונים. מחווני DC מיוחדים אלה מיועדים לנטרל בשלום מעגלים או לבודד אזורים ספציפיים במהלך פעולות תחזוקה או כאשר יש לנקות תקלות, כדי להבטיח את יציבות הרשת ומלאיה.

שמירה על איזון המערכת היא קריטית במערכת MTDC. הזרם הכולל המסופק על ידי תחנות המומר צריך להתאים בדיוק לזרם המצרך על ידי תחנות המומר. כאשר יש צפיפות פתאומית בדרישה לחשמל מכל תחנת מומר, יש להעלות בהתאם את הפלט של החשמל DC כדי לעמוד בטעינה המוגברת. במהלך תהליך זה, חשוב מאוד לעקוב ולשלוט בקפידה על המתח המסופק ועל פעולת המומר כדי למנוע перегрузку, которая может привести к отказу системы.

אחד היתרונות העיקריים של מערכות MTDC הוא האמינות שלהן במהלך תקלות כפויה. במקרה של כשל בלתי צפוי בתחנת ייצור אחת, המערכת יכולה במהירות להפנות חשמל דרך תחנות ממור אלטרנטיביות, מפחיתה את הפרעה לאספקת החשמל הכוללת.

יישומים של MTDC

• שילוב אנרגיה מתחדשת: מאפשרת את הקישור בין מספר חוות אנרגיה מתחדשת מבוססות DC לרשתות חשמל שונות, מאפשרת את הפצת אנרגיה נקייה יעילה.

• אנרגיה רוחית ימית: מאפשרת את הקישור בין מספר חוות רוח ימיות לרשת החשמל היבשתית, מתגברת על אתגרים הקשורים להעברת כמות גדולה של חשמל למרחקים ארוכים ממקומות ימיים רחוקים.

• העברת כוח גדול: מאפשרת העברת כוח גדול ממספר תחנות ייצור AC מרוחקות למספר מרכזי טעינה, ממקסמת את הפצת החשמל באזורים נרחבים.

• חיבור רשת: מאפשרת את החיבור בין שתי מערכות חשמל AC א-סינכרוניות, מגדילה את יציבות הרשת ואת יכולות החלפת חשמל.

• החלת כוח: מאפשרת החלפת אספקת חשמל במקרה של כשל בתחנות ייצור אישיות, מבטיחה המשך אספקת חשמל לצרכנים.

• תמיכה ברשת AC: יכולה לספק כוח נוסף לרשתות AC מומלאות בעזרת מומר יחיד ומספר מומרות כדי להזריק כוח לרשת AC, מפחיתה הצטפפות ומגבירת את ביצועי הרשת בכלל.

• החלת כוח גמישה: מציעה גמישות להחיל כוח בנקודות רבות בתוך הרשת, מתאימה לצרכים שונים של כוח ודistribution.

מערכות MTDC ניתן לחלק לשני סוגים עיקריים:

מערכת MTDC סדרתית

בתצורת MTDC סדרתית, מספר תחנות ממור מחוברות בסדרה, כמו מרכיבים במעגל חשמלי סדרתי. מאפיין מגדיר של תצורה זו הוא שהזרם הזורם דרך כל תחנת ממור נשאר זהה, כפי שהוא מוגדר על ידי אחת מהתחנות. עם זאת, נפילת המתח מתחלקת בין תחנות הממור, וכל תחנה חווה חלק מהנפילת המתח הכוללת במערך המחובר בסדרה.

מערכת MTDC סדרתית (המשך)

מערכת MTDC הסדרתית יכולה להיחשב כתצורת הרחבת מערכת HVDC דו-קצוונית, כולל מספר תחנות ממור מחוברות בסדרה, כפי שמוצג בתרשים המצורף. בדרך כלל, תחנות הממור במערכת MTDC סדרתית הן בעלות קיבולת נמוכה יותר בהשוואה לתחנות הממשות במערכות MTDC מקבילות.

מערכת זו בדרך כלל משתמשת בקישורי DC מונופולאריים, בהם הקו ה-DC מחובר לקרקע רק בנקודה מסוימת. כדי להגן על מתחים חשמליים זמניים, ניתן להתקין קבל קרקעית בנקודות נוספות לאורך הקו כמדרג הגנה נוסף.

הצימוד החשמלי במערכת MTDC הסדרתית מציג אתגרים משמעותיים בשל המתחים השונים של ה-DC בכל תחנה. механизм השליטה בזרימת החשמל במערכת MTDC הסדרתית מורכב יותר בהשוואה למערכת MTDC מקבילת. במערכת MTDC מקבילת, ניתן לשלוט בזרימת החשמל על ידי הזרקת זרם לקווים ספציפיים, בעוד שבמערכת MTDC הסדרתית, השליטה בזרימת החשמל מתבססת על התאמת המתח בכל תחנת קצה.

היפוך זרימת החשמל במערכת MTDC סדרתית ניתן להשיג בקלות באמצעות מומרים מקור מתח (VSC) ומומרים מקור זרם (CSC). עם זאת, כאשר מתרחש כשל או שיש צורך בתיקון מתוכנן לקו מסוים, כל הרשת DC תתקל בהפסקת חשמל. כמו במערכת HVDC דו-קצוונית, מחווני מעגל ACצד ה-AC משמשים לנטרל את הרשת DC. הרחבת מערכת MTDC הסדרתית גם מציגה Schwierigkeiten. Die Installation neuer Endstationen erfordert eine vollständige Stromunterbrechung des Netzwerks, da das ringförmige DC-Netzwerk an dem Installationspunkt geteilt werden muss, was die Stromversorgung aller anderen Stationen entlang des Pfades unterbricht.

מערכת MTDC מקבילת

בתצורת מערכת MTDC מקבילת, מספר תחנות ממור פועלות כמומרות או תחנות טעינה מחוברות לתחנת ממור אחת המבצעת תפקיד מומר. תחנת המומר מספקת כוח לכל הרשת DC. בצורה אנלוגית למעגל חשמלי מקביל, המתח נשאר קבוע בכל תחנות המומר או הטעינה, כאשר ערכו מוגדר על ידי אחת מהתחנות. לעומת זאת, אספקת הזרם משתנה בהתאם לדרישה לכוח בכל תחנה. כדי לשמור על אספקת זרם מאוזנת, הזרם מתכוונן באופן דינאמי בתגובה לדרישות הכוח של תחנות הטעינה האינדיווידואליות. בדרך כלל, תחנות הקצה במערכת MTDC מקבילת הן בעלות קיבולת גבוהה יותר בהשוואה לרשת MTDC סדרתית.

מערכת MTDC מקבילת (המשך)

היפוך כוח במערכת MTDC מקבילת ניתן להשיג באמצעות שיטות הפיכת מתח או הפיכת זרם. בשימוש בשיטת הפיכת מתח, שקשורה בדרך כלל לתחנות קצה מבוססות CSC, יש השפעה על כל תחנות המומר. לכן, יש לממש מערכת שליטה ותקשורת מתקדמת בין המומרות этих преобразователей, чтобы управлять этим эффектом. С другой стороны, если инверсия мощности осуществляется с помощью метода инверсии тока, который обычно связан с конечными станциями на основе VSC, процесс гораздо проще выполнить. Именно по этой причине VSC предпочтительнее, чем CSC, в параллельных системах MTDC.

במערכת MTDC מבוססת VSC, מכיוון שהמתח נשאר קבוע, הדירוג של תחנת הקצה נקבע על ידי דירוגי הזרם של המומרวาלט. תצורה זו מציעה יתרון משמעותי במובן של שליטה בזרימת החשמל בתוך הרשת DC. ניתן לשלוט במדויק בזרימת החשמל על ידי הזרקת זרם לקווים ספציפיים, מה שהוא גישה נוחה יותר בהשוואה לกลไג שליטה בכוח במערכות סדרתיות שמבוססות על שליטה במתח בכל תחנה.

אחת מהמאפיינים הבולטים של מערכת MTDC מקבילת היא הסיבולת שלה בפני תקלות. אם מתרחש כשל באחת מהתחנות הקצה, השאר של הרשת DC נשארים ללא השפעה. עם זאת, כדי לבודד את הקווים הספציפיים של ה-DC שקשורים לתחנת הכשל, נדרש מחוון DC נפרד. בנוסף, במהלך הרחבת הרשת DC, אין צורך לשבות את אספקת החשמל. זה כי תחנות קצה חדשות ניתן להתקין מקביל לקווים הקיימים, שמספקת אינטגרציה חלקה מבלי להפריע לפצת החשמל הנוכחית.

יתרון נוסף של מערכת MTDC מקבילת הוא ההגדרה היחסית של הצימוד החשמלי בהשוואה למערכת סדרתית. מכיוון שהמתח קבוע בכל הרשת, דרישות הצימוד הן יותר קלות לניהול.

מערכת MTDC מקבילת ניתן לחלק לשני קטגוריות:

מערכת MTDC רדיאלית

מערכת MTDC הרדיאלית היא סוג מסוים של תצורת MTDC מקבילת. בתצורה זו, אם יש פער בקו תמסורת או הסרת קישור אחד, זה יוביל להפסקת אספקת חשמל לתחנת ממור אחת או יותר. מאפיין זה גורם למערכת MTDC הרדיאלית להיות מעט פגיע למקרי כשל בנקודת אחת, שכן כל הפרעה בקו תמסורת יכולה להשפיע ישירות על אספקת החשמל לאזורים מסוימים של הרשת.

התמונה המצורפת מציגה תצורה שבה ארבע תחנות מומר מחוברות לתחנת מומר אחת. בתצורה זו, ברור שאם יהיה פער בקו אחד, זה יוביל בהכרח להפסקת אספקת חשמל לפחות אחת מתחנות הקצה. פגיעות זו גורמת למערכת MTDC הרדיאלית להיות פחות אמינה בהשוואה למערכות MTDC מסוג Mesh או Ring.

מערכת MTDC Mesh (Ring)

במערכת MTDC Mesh או Ring, תחנות המומר (eloads) מחוברות לתחנת מומר אחת בצורה של mesh או Ring. אחד מהיתרונות העיקריים של תצורה זו הוא שאפילו אם יש פער בקו תמסורת אחד או הסרת קישור אחד, זה לא יוביל להפסקת אספקת חשמל לתחנות המומר. התמונה המצורפת מדגישה מערכת MTDC Mesh או Ring כזו. יכולת זו של התנגדות לפערים בקו תמסורת גורמת למערכת MTDC Mesh או Ring להיות אופציה יותר אמינה להעברת חשמל וביצוע הפצת חשמל בישומים מסוימים, שכן היא יכולה更好地翻译为希伯来语如下：

תצורות מערכת מתח גבוה זרם ישר (HVDC)

מתח גבוה זרם ישר, שנקרא בקיצור HVDC, הוא שיטה יעילה מאוד להעברת חשמל למרחקים ארוכים, המפחיתה באופן משמעותי את אובדן החשמל בהשוואה להעברה טרditional של זרם חילופין (AC). מערכת HVDC יכולה להיות מומששת במגוון תצורות, כל אחת מתאימה לדרישות תפעול ספציפיות. מאמר זה מספק תקציר קצר של סוגי התצורות העיקריות של מערכת HVDC.

מערכות HVDC אחורה לאחור

בתצורת HVDC אחורה לאחור (B2B), שני המרכיבים העיקריים של המומר - המומר והמומר, מוחזקים באותה תחנת קצה. שני אלמנטי המומר הללו מחוברים ישירות אחורה לאחור אחד עם השני. הפונקציה העיקרית של תצורה זו היא לחבר שתי מערכות חשמל AC נפרדות. היא מגיעה לכך על ידי הפיכת החשמל הentrant AC ל-DC באמצעות המומר ולאחר מכן להפוך במהירות את החשמל DC בחזרה ל-AC באמצעות המומר.

מערכות HVDC אחורה לאחור (המשך)

ההתקנה של מערכת HVDC אחורה לאחור היא בתוך חדר אחד ומשמשת לקישור בין שתי מערכות חשמל AC א-סינכרוניות. בהתחשב בקשר הישיר אחורה לאחור בין המומר למומר, אין צורך בקו תמסורת DC. כדי להפחית את מספר התיאיסטורים המחוברים בסידרה, המתח הביניוני של ה-DC נשמר בכוונה ברמה נמוכה.-meanwhile, רמת הזרם של תצורה זו יכולה להגיע לכמה אלפי אמפרים.

סוג זה של מערכת HVDC הוא特に שימושי לקישור בין שתי מערכות חשמל AC א-סינכרוניות בסceanarios הבאים:

• כאשר שתי מערכות ה-AC או הרשתות פועלות בתדרים שונים.

• כאשר שתי המערכות פועלות באותו תדר אך מפגינות הפרש מופע.

מערכת HVDC דו-קצוונית

בתצורת מערכת HVDC דו-קצוונית, יש שתי תחנות קצה שונות, כל אחת פועלת כתחנת ממור. בתחנה אחת נמצא מומר, בעוד שהשנייה מכילה מומר. שתי תחנות הקצה מחוברות באמצעות קו תמסורת HVDC, המאפשר העברת חשמל יעילה למרחקים ארוכים. תצורה זו מיועדת להתגבר על מגבלות ההעברה הטרditional של AC עבור העברה מרוחקת של חשמל, תוך שימוש ביתרונות של זרם ישר כדי להפחית את אובדן החשמל ולהגביר את יעילות ההעברה על פני שטחים גאוגרפיים נרחבים.

מערכת HVDC הדו-קצוונית כוללת חיבור ישיר בין שתי נקודות ללא קווים מקבילים של תמסורת או תפרים ביניים לאורך הקו. מאפיין זה נותן לה את השם החלופי, העברת חשמל נקודה לנקודה. היא מתאימה במיוחד ליישומים של אספקת חשמל בין שתי מיקומים הנמצאים מרחק רב אחד מהשני.

אחד היתרונות המובהקים של מערכת HVDC הדו-קצוונית הוא שאין צורך במחוון מעגל DC. במקרה של תחזוקה או כאשר יש לנקות תקלות, ניתן להשתמש במחווני מעגל ACצד ה-AC כדי לנטרל את הקו ה-DC. בהשוואה למחווני מעגל DC, מחווני מעגל AC הם פשוטים יותר בעיצובם ומכילים עלויות נמוכות יותר, מה שהופך את מערכת HVDC הדו-קצוונית ליותר כלכלית ונוחה יותר לתחזוקה.

מערכת Multi-Terminal DC (MTDC)

מערכת Multi-Terminal DC (MTDC) מייצגת תצורת HVDC מורכבת יותר. היא משתמשת במספר קווים של תמסורת כדי ליצור קשרים בין יותר משתי נקודות. תצורה זו כוללת מספר תחנות קצה, כל אחת מצוידת במומר שלה, הכל מחוברת על ידי רשת קו תמסורת HVDC. בתוך הרשת הזו, חלק מהמומרות פועלות כמומרות, המרת חשמל AC ל-DC, בעוד שאחרות פועלות כמומרות, המרת חשמל DC בחזרה ל-AC לשירות לeloads. עקרון בסיסי של מערכת MTDC הוא שהכוח הכולל המסופק על ידי תחנות המומר צריך להיות שווה לסכום הכוח המתקבל על ידי תחנות המומר (eloads), המבטיח זרימת חשמל מאוזנת ויעילה לרשת המקושרת.

מערכת Multi-Terminal DC (MTDC) (המשך)

רשת MTDC דומה לרשת AC במובן הגמישות שלה, אך היא מציעה יתרון ייחודי: היכולת לשלוט במדויק בזרימת החשמל בתוך הרשת המופצת של DC. עם זאת, יכולת מוגברת זו מגיעה במחיר של מורכבות מוגברת, מה שהופך את מערכת MTDC למורכבת באופן משמעותי יותר מאשר תצורת מערכת HVDC דו-קצוונית.

בתצורת MTDC, לא ניתן להסתמך על מחווני מעגל ACצד ה-AC. בניגוד למערכת דו-קצוונית, שימוש במחוון מעגל AC ינטרל את כל הרשת DC במקום לנטרל רק את הקו הספציפי שנדרש לתיקון או תחזוקה. כדי להתמודד עם זה, מערכת MTDC דורשת מספר רכיבי מעגל DC, כגון מחוונים. מחווני DC מיוחדים אלה מיועדים לנטרל בשלום מעגלים או לבודד אזורים ספציפיים במהלך פעולות תחזוקה או כאשר יש לנקות תקלות, כדי להבטיח את יציבות הרשת ומלאיה.

שמירה על איזון המערכת היא קריטית במערכת MTDC. הזרם הכולל המסופק על ידי תחנות המומר צריך להתאים בדיוק לזרם המצרך על ידי תחנות המומר. כאשר יש צפיפות פתאומית בדרישה לחשמל מכל תחנת מומר, יש להעלות בהתאם את הפלט של החשמל DC כדי לעמוד בטעינה המוגברת. במהלך תהליך זה,