Augstsprieguma tiešstrāvas (HVDC) sistēmas konfigurācijas

Augstsprieguma tiešstrāva, īsumā saukta par HVDC, ir ļoti efektīva metode ilgstoša attāluma enerģijas pārvadei, būtiski samazinot enerģijas zudumus salīdzinājumā ar tradicionālo maiņstrāvas (AC) pārvedumu. HVDC sistēmu var ieviest dažādās konfigurācijās, katra pielāgota konkrētiem darbības prasībām. Šajā rakstā tiek sniegts saīsināts pārskats par galvenajām HVDC sistēmu konfigurāciju tipiem.

Atpakaļuzvērsta HVDC sistēma

Atpakaļuzvērstā (B2B) HVDC konfigurācijā gan rektificētājs, gan inversors, kas ir konvertera galvenie sastāvdaļas, atrodas vienā un tajā pašā terminālā stacijā. Šie divi konvertera elementi tiek tieši savienoti atpakaļuzvērsti. Šīs konfigurācijas galvenais mērķis ir savienot divas atsevišķas AC enerģijas sistēmas. Tas tiek sasniegts, pirmkārt, pārveidojot ieejošo AC enerģiju DC formā ar rektificētāju, un tad tūlīt pārveidojot DC enerģiju atpakaļ uz AC ar inversoru.

Atpakaļuzvērsta HVDC sistēma (turpinājums)

Atpakaļuzvērsta HVDC izkārtojums tiek instalēts vienā istabā un nodrošina divu asinhronu AC enerģijas sistēmu savienošanu. Tā kā rektificētājs un inversors ir tieši savienoti atpakaļuzvērsti, nav nepieciešama DC pārveduma līnija. Lai samazinātu savienotās tiristoru skaitu, starpvidējā DC sprieguma līmenis tiek mērķtiecīgi uzturēts zemā līmenī. Tomēr šīs konfigurācijas strāvas rādītājs var sasniedzt vairākas tūkstošas amperes.

Šāda veida HVDC sistēma ir īpaši noderīga divu asinhronu AC enerģijas sistēmu savienošanai šādos gadījumos:

• Ja divas AC sistēmas vai elektrotīkli darbojas ar dažādiem frekvenču rādītājiem.

• Ja abas sistēmas darbojas ar vienādu frekvenci, bet ir fāzes atšķirība.

Divterminālā HVDC sistēma

Divterminālā HVDC konfigurācijā ir divas atsevišķas terminālās stacijas, katra darbojas kā konvertera stacija. Viens stacijā atrodas rektificētājs, bet otrā — inversors. Šīs divas terminālas tiek savienotas ar HVDC pārveduma līniju, nodrošinot efektīvu elektrības pārvedumu garām attālumiem. Šis izkārtojums ir izstrādāts, lai pārvarētu tradicionālo AC pārveduma ierobežojumus ilgstošam enerģijas pārnesē, izmantojot tiešstrāvas priekšrocības, lai samazinātu enerģijas zudumus un palielinātu pārveduma efektivitāti plašās ģeogrāfiskās teritorijās.

Divterminālā HVDC sistēma piedāvā tiešu savienojumu starp diviem punktiem bez paralēlām pārveduma līnijām vai starpgājieniem pārveduma līnijā. Šī iezīme dod tam alternatīvo nosaukumu "punkts uz punktu" enerģijas pārvedums. Tā ir ideāla enerģijas piegādes lietojumam starp diviem ģeogrāfiski attāliem vietām.

Viens no vērojamajiem divterminālās HVDC sistēmas priekšrocībām ir tās nevajadzība pēc HVDC līnijas izolētāja. Pārraudzības vai defektu novēršanas laikā AC puses izolētājus var izmantot, lai deenerģētu DC līniju. Salīdzinājumā ar DC izolētājiem, AC izolētāji ir vienkāršāki un lētāki, padarot divterminālo HVDC sistēmu ekonomiskāku un vieglāku uzturēšanā.

Vairākterminālā DC (MTDC) sistēma

Vairākterminālā DC (MTDC) sistēma pārstāv sarežģītāku HVDC konfigurāciju. Tā izmanto vairākas pārveduma līnijas, lai nodibinātu savienojumus starp vairāk nekā diviem punktiem. Šis izkārtojums ietver vairākas terminālās stacijas, katra aprīkota ar savu konverteri, visi savienoti ar HVDC pārveduma tīklu. Šajā tīklā daži konverteri darbojas kā rektificētāji, pārveidojot AC enerģiju DC, bet citi kā inversori, pārveidojot DC enerģiju atpakaļ uz AC, lai to sadalītu slodzei. MTDC sistēmas pamatprincipa dēļ rektificētāju staciju sniegtā kopējā jauda jābūt vienāda ar inversora (slodzes) staciju saņemto kopējo jaudu, nodrošinot saskaņotu un efektīvu jaudas plūsmu savienotajā tīklā.

Vairākterminālā DC (MTDC) sistēma (turpinājums)

MTDC tīkls ir līdzīgs AC tīklam savas elastības ziņā, bet tas piedāvā unikālu priekšrocību: precīzu jaudas plūsmas kontrolēšanu DC sadalītajā tīklā. Taču šīs papildu funkcijas cena ir palielināta sarežģītība, padarot MTDC sistēmu būtiski sarežģītāku nekā divterminālā HVDC izkārtojums.

MTDC izkārtojumā AC puses izolētāju izmantošana nav iespējama. Atšķirībā no divterminālā sistēmas, AC izolētāju izmantošana deenerģētu visu DC tīklu, nevis tikai defektīgo vai uzturēšanas nepieciešamo līniju. Lai risinātu šo problēmu, MTDC sistēmai ir nepieciešami vairāki DC līnijas izolētāju komponenti, piemēram, izolētāji. Šie specializētie DC izolētāji ir dizainēti, lai droši deenerģētu līnijas vai izolētu specifiskas daļas uzturēšanas darbiem vai defektu novēršanai, nodrošinot tīkla stabilitāti un uzticamību.

Sistēmas saskaņotības uzturēšana ir kritiska MTDC sistēmā. Rektificētāju staciju sniegtā kopējā strāva jābūt precīzi vienāda ar inversora staciju patērēto strāvu. Ja kāda inversora stacija pieredz nagleņu jaudas pieprasījuma pieaugumu, DC enerģijas izvadei jātiecas atbilstoši, lai apmierinātu pieaugušo slodzi. Šajā procesā ir svarīgi cieši uzraudzīt un kontrolēt nodrošināto spriegumu un inversoru darbību, lai novērstu pārmērīgu slodzi, kas varētu izraisīt sistēmas trūkumus.

Viena no MTDC sistēmu galvenajām priekšrocībām ir tās uzticamība neplānotos apturēšanas gadījumos. Ja kāda ģenerēcijas stacija neparedzami nonāk enerģijas trūkumā, sistēma var ātri pāradresēt enerģiju caur alternatīvām konvertera stacijām, samazinot vispārējās enerģijas piegādes traucējumu.

MTDC lietojumi

• Atjaunojamās enerģijas integrācija: Veicina vairāku DC balstītu atjaunojamās enerģijas fermu savienošanu ar dažādiem elektrotīkliem, nodrošinot efektīvu tīras enerģijas sadalīšanu.

• Jūras vēju enerģija: Ļauj savienot vairākas jūras vēju fermas ar krasta elektrotīklu, pārvarējot problēmas, kas saistītas ar lielu enerģijas daudzumu pārvedumu no attālām jūras lokācijām.

• Lielā mēroga enerģijas pārvedums: Ļauj pārnest lielu mēroga enerģiju no vairākiem attāliem AC ģenerēcijas staciju uz vairākiem slodzes centriem, optimizējot enerģijas sadalīšanu plašās teritorijās.

• Elektrotīklu savienošana: Ļauj savienot divus asinhronus AC enerģijas tīklus, palielinot tīkla stabilitāti un enerģijas apmaiņas spējas.

• Enerģijas pārdalīšana: Ļauj enerģijas piegādes pārdalīšanu, ja notiek enerģijas trūkums individuālās ģenerēcijas stacijās, nodrošinot nemainīgu enerģijas piegādi patērētājiem.

• AC tīkla atbalsts: Var nodrošināt papildu enerģiju smagi apkopotiem AC tīkliem, izmantojot vienu rektificētāju un vairākus inversorus, lai ieietu AC tīklā, mazinot satiksmes slogu un uzlabojot tīkla kopējo veiktspēju.

• Fleksīga enerģijas pievienošana: Piedāvā iespēju pievienot enerģiju vairākos punktos tīklā, pielāgojoties dažādiem enerģijas pieprasījumiem un sadalīšanas prasībām.

MTDC sistēmas var tikt sadalītas divos galvenos veidos:

Seriālā MTDC sistēma

Seriālā MTDC konfigurācijā vairākas konvertera stacijas tiek savienotas seriāli, tāpat kā komponenti elektriskajā seriālajā shēmā. Šīs izkārtojuma iezīme ir tā, ka caur katru konvertera staciju plūst vienāds strāvas rādītājs, ko nosaka viena no stacijām. Tomēr sprieguma pazemināšanās ir sadalīta starp konvertera stacijām, ar katru staciju saskaroties ar daļu no kopējā sprieguma pazemināšanās seriālā savienojumā.

Seriālā MTDC sistēma (turpinājums)

Seriālā MTDC sistēma var tikt uzskatīta par divterminālās HVDC sistēmas paplašinātu versiju, ietverot vairākas konvertera stacijas, kas savienotas seriāli, kā parādīts attiecīgajā diagrammā. Parasti seriālā MTDC izkārtojumā konvertera stacijas ir ar zemāku jaudas rādītāju salīdzinājumā ar paralēlās MTDC sistēmas stacijām.