Mga Uri ng mga System ng HVDC at Konpigurasyon ng MTDC
Mga Konpigurasyon ng Sistema ng Mataas na Volt na Direkta (HVDC)
Ang Mataas na Volt na Direkta, karaniwang tinatakan bilang HVDC, ay isang napakapabubuti na pamamaraan para sa paghahatid ng kapangyarihan sa mahabaang layo, na nagsisilbing pambawas ng pagkawala ng kapangyarihan kumpara sa tradisyonal na paghahatid ng alternating current (AC). Ang sistema ng HVDC maaaring ipatupad sa iba't ibang konpigurasyon, bawat isa ay mayroong tiyak na mga pangangailangan sa operasyon. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng maikling talakayan tungkol sa pangunahing uri ng mga konpigurasyon ng sistema ng HVDC.
Back - to - Back HVDC Systems
Sa isang back - to - back (B2B) HVDC konpigurasyon, ang parehong rectifier at inverter, na ang dalawang pangunahing bahagi ng converter, ay nakalok sa iisang terminal station. Ang dalawang bahaging ito ng converter ay direktang konektado sa bawat isa. Ang pangunahing tungkulin ng konpigurasyong ito ay upang mag-ugnay ng dalawang hiwalay na AC power systems. Ito'y natutugunan sa pamamagitan ng pagkonberto ng papasok na AC power sa DC gamit ang rectifier at pagkatapos ay agad na nagbabago ang DC power pabalik sa AC gamit ang inverter.
Back - to - Back HVDC Systems (Patuloy)
Ang setup ng back - to - back HVDC ay inilapat sa iisang silid at ginagamit upang mag-ugnay ng dalawang asynchronous AC power systems. Dahil sa direktang koneksyon ng back - to - back ng rectifier at inverter, walang pangangailangan para sa isang DC transmission line. Upang makamit ang pinakamababang bilang ng thyristors na konektado sa serye, ang intermediate DC voltage ay intensionally binababa sa isang mababang antas. Samantala, ang current rating ng konpigurasyong ito maaaring umabot sa ilang libong amperes.
Ang uri ng HVDC system na ito ay partikular na kapaki-pakinabang para sa pag-ugnay ng dalawang asynchronous AC power systems sa mga sumusunod na sitwasyon:
Dalawang Terminal HVDC System
Sa isang dalawang terminal HVDC konpigurasyon, mayroong dalawang iba't ibang terminal stations, bawat isa ay gumagana bilang isang converter station. Ang isa ay may rectifier, habang ang isa pa ay may inverter. Ang dalawang terminal na ito ay konektado ng isang HVDC transmission line, na nagbibigay-daan sa epektibong paghahatid ng electrical power sa mahabaang layo. Ang setup na ito ay idinisenyo upang labanan ang limitasyon ng tradisyonal na AC transmission para sa long-haul power transfer, na nagpapahalaga ng mga benepisyo ng DC power upang bawasan ang pagkawala ng kapangyarihan at mapabuti ang efisiensiya ng paghahatid sa malaking heograpikal na lugar.
Ang dalawang terminal HVDC system ay may direktang koneksyon sa pagitan ng dalawang puntos nang walang anumang parallel transmission lines o intermediate taps sa transmission line. Ang karakteristikong ito ay nagbibigay ng alternatibong pangalan nito, point-to-point power transmission. Ito ay ideyal para sa aplikasyon ng power supply sa pagitan ng dalawang lokasyon na malayo sa bawat isa.
Isa sa mga napakapansin na benepisyo ng dalawang terminal HVDC system ay ang hindi nito pangangailangan ng isang HVDC circuit breaker. Sa panahon ng pagmamanento 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 simpleng disenyo at mas mura, kaya ang dalawang terminal HVDC system ay mas ekonomiko at mas madali pang i-maintain.
Multi-Terminal DC (MTDC) System
Ang Multi-Terminal DC (MTDC) system ay kumakatawan sa isang mas komplikadong HVDC konpigurasyon. Ito ay gumagamit ng maraming transmission lines upang magtayo ng mga 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 pamamagitan ng isang network ng HVDC transmission line. Sa loob ng network na ito, ang ilang converters ay gumagana bilang rectifiers, na nagko-convert ng AC power sa DC, habang ang iba ay gumagana bilang inverters, na nagbabago ng DC power pabalik sa AC para sa distribution sa mga load. Ang pundamental na prinsipyong ito ng MTDC system ay ang kabuuang kapangyarihang inilalabas ng mga rectifier stations ay dapat na katumbas ng kombinadong kapangyarihang natanggap ng mga inverter (load) stations, na nagse-set ng balanse at epektibong pag-flow ng kapangyarihan sa buong interconnected network.
Multi-Terminal DC (MTDC) System (Patuloy)
Ang network ng MTDC ay parang isang AC grid sa termino ng flexibility, ngunit ito ay nagbibigay ng isang unique advantage: ang kakayahan na kontrolin nang eksaktong ang flow ng kapangyarihan sa DC distributed network. Gayunpaman, ang enhanced functionality na ito ay may kasama nito ang pagdami ng complexity, kaya ang MTDC system ay mas komplikado kaysa sa isang dalawang-terminal HVDC configuration.
Sa isang setup ng MTDC, ang pag-rely sa AC circuit breakers sa AC side ay hindi feasible. Hindi tulad ng sa isang dalawang-terminal system, ang paggamit ng isang AC circuit breaker ay de-energize ang buong DC network sa halip na isolating lamang 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 during maintenance operations o when clearing faults, ensuring the stability and reliability of the network.
Mahalagang i-maintain ang balanse ng sistema sa isang MTDC system. Ang kabuuang current na inilalabas ng mga rectifier stations ay dapat na tumpak na tumutugon sa current na inilalapat ng mga inverter stations. Kapag may biglaang pagtaas ng demand ng kapangyarihan mula sa anumang inverter station, ang DC power output ay kailangang taasan upang matugunan ang pagtaas ng load. Sa proseso na ito, mahalaga na masusing monitor at kontrolin ang ibinibigay na voltage at operasyon ng mga inverter upang maiwasan ang overloading, na maaaring magresulta sa pagkakasira ng sistema.
Isa sa mga key strengths ng mga sistema ng MTDC ay ang kanilang reliabilidad sa panahon ng forced outages. Sa kaso ng hindi inaasahang pagkakasira ng kapangyarihan sa isang ng mga generation stations, ang sistema ay maaaring mabilis na i-re-route ang kapangyarihan sa pamamagitan ng alternative converter stations, na nagminimize ng disruption sa overall power supply.
Mga Application ng MTDC
Ang mga sistema ng MTDC ay maaaring ikategorya sa dalawang primary types:
Series MTDC System
Sa isang series MTDC konfigurasyon, ang maraming converter stations ay konektado sa serye, tulad ng mga komponente sa isang electrical series circuit. Ang defining characteristic ng setup na ito ay ang current na lumalabas sa bawat converter station ay nananatiling pare-pareho, na itinakda ng isa sa mga station. Gayunpaman, ang voltage drop ay nababahagi sa pagitan ng mga converter stations, kung saan bawat station ay may bahagi ng kabuuang voltage drop sa serye-connected network.
Series MTDC System (Patuloy)
Ang series MTDC system maaaring ituring bilang isang extended version ng dalawang-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 isang 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 protektahan ang laban sa transient electrical surges, maaaring ilagay ang isang grounding capacitor sa iba pang puntos sa linya bilang isang karagdagang 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 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 maaaring makuha nang madali gamit ang Voltage Source Converters (VSC) at Current Source Converters (CSC). Ngunit, kapag may fault o scheduled maintenance para sa tiyak na linya, ang buong DC network ay maaaring maranasan ang blackout. Tulad ng dalawang-terminal HVDC system, ang AC-side circuit breakers ay ginagamit upang de-energize ang DC network. Ang pag-expand ng series MTDC system ay din nagbibigay ng difficulties. Ang pag-install ng bagong terminal stations ay nangangailangan ng complete blackout ng network, dahil ang ring-shaped DC network ay kailangang hiwalayin sa installation point, na nagdidisrupt sa power supply sa lahat ng iba pang stations sa daan.
Parallel MTDC System
Sa isang parallel MTDC system, ang maraming converter stations na gumagana bilang inverters o load stations ay konektado sa iisang converter station na gumagana bilang rectifier. Ang rectifier station na ito ay nagbibigay ng kapangyarihan sa buong DC network. Tulad ng isang parallel electrical circuit, ang voltage ay nananatiling constant sa lahat ng inverter o load stations, na itinakda ng isa sa mga converter stations. Sa kabilang dako, ang current supply ay nagbabago ayon sa power demand sa bawat station. Upang panatilihin 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 (Patuloy)
Ang power reversal sa parallel MTDC system maaaring maisakatuparan sa pamamagitan ng voltage reversal o current reversal methods. Kapag gumagamit ng voltage reversal, na karaniwang nauugnay sa Current Source Converter (CSC)-based terminal stations, ito ay may epekto sa lahat ng converter stations. Bilang resulta, kinakailangan ng isang highly sophisticated control at communication system sa pagitan ng mga converters upang i-manage ang epekto na ito. Sa kabilang dako, kapag ang power reversal ay na-achieve gamit ang current reversal technique, na karaniwang nauugnay sa Voltage Source Converter (VSC)-based terminal stations, ang proseso ay mas straightforward na i-execute. Ito ang pangunahing dahilan kung bakit ang VSCs ay pinapaboran kaysa CSCs sa parallel MTDC systems.
Sa isang VSC-based MTDC system, dahil ang voltage ay nananatiling constant, ang power rating ng terminal station ay depende sa current ratings ng valve converter. Ang konfigurasyong ito ay nagbibigay ng significant advantage sa termino ng power flow control sa DC network. Ito ay maaaring precise na 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 pinaka-notable features ng parallel MTDC system ay ang kanyang resilience sa harap ng faults. Kapag may fault sa anumang terminal stations, ang natitirang DC network ay hindi naapektuhan. Gayunpaman, upang i-isolate ang specific DC lines na nauugnay sa faulty station, kinakailangan ng isang separate DC circuit breaker. Bukod dito, sa panahon ng expansion ng DC network, walang pangangailangan na i-interrupt ang power supply. Ito dahil ang bagong terminal stations ay maaaring i-install sa parallel sa existing lines, na nagbibigay ng seamless integration nang walang pag-disrupt sa ongoing power distribution.
Ang isa pang advantage ng parallel MTDC system ay ang mas simple nitong insulation coordination kumpara sa isang series system. Dahil sa constant voltage sa network, ang insulation requirements ay mas madali na i-manage.
Ang parallel MTDC system maaaring ikategorya sa dalawang categories:
Radial MTDC System
Ang radial MTDC system ay isang tiyak na uri ng parallel MTDC configuration. Sa setup na ito, kapag may break sa isang transmission line o ang removal ng isang link, ito ay magdudulot ng interruption ng power supply sa isang o higit pang converter stations. Ang karakteristikong ito ay nagbibigay ng vulnerability sa single-point-of-failure scenarios, kung saan anumang disruption sa transmission line ay maaaring magkaroon ng direct impact sa power supply sa ilang bahagi ng network.
Ang ibinigay na figure ay nagpapakita ng isang konfigurasyon kung saan ang apat na inverter stations ay konektado sa iisang rectifier station. Sa setup na ito, malinaw na kapag may break sa anumang isa sa mga linya, 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 isang Mesh o Ring MTDC system, ang inverter (load) stations ay konektado sa iisang rectifier station sa isang mesh o ring-like formation. Isa sa mga key advantages ng konfigurasyong ito ay kahit may break sa isang transmission line o ang removal ng isang link, hindi ito magdudulot ng interruption ng power supply sa anumang inverter stations. Ang sumusunod na figure ay malinaw na nagpapakita ng isang mesh o ring MTDC system. Ang inherent resilience sa line failures ng Mesh o Ring MTDC system ay nagbibigay nito ng isang mas reliable option para sa power transmission at distribution sa ilang aplikasyon, dahil ito ay mas handa na i-handle ang disruptions at siguruhin ang continuous power supply sa connected load stations.
Tulad ng ipinakita, sa isang mesh o ring-type MTDC system, ang removal ng anumang single link ay hindi nagdudulot ng disruption sa power supply sa anumang converter station. Sa halip, ang electrical power ay automatic na ireroute sa pamamagitan ng alternative links sa network. Ang seamless redirection na ito ay posible dahil sa interconnected nature ng mesh o ring configuration. Gayunpaman, mahalagang tandaan na ang mga alternative links na ito ay dapat na maayos 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 nag-aasikaso ng continuous at stable power supply, kahit sa panahon 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 mas mababa kumpara sa robust ability ng mesh system na maintain power flow under similar circumstances, kaya ang mesh o ring-type MTDC system ay preferred choice para sa aplikasyon kung saan ang uninterrupted power delivery ay napakahalaga.
