Wat is die voordele van HVDC oor HVAC in kragoorgang?

Watter voordele het HVDC oor HVAC?

Elektrisiteit reis langer afstande voordat dit by verbruikers aankom. Kragstasies, dikwels in afgeleë areas, verskaf elektrisiteit deur honderde myl en meerdere transformasies. Hoogspanningsowerbrenging verminder lynverlies, met beide wissel- en gelykspanning wat gebruik word. Alhoewel wisselspanning bekend is deur middel van nutslyne en huishoudelike stopkontakte, bied HVDC unieke voordele in kragowerbrenging.

Die doel van kragowerbrenging is om verliese en kostes te minimeer. Alhoewel beide tegnologieë beïnvloedende faktore hê, het HVDC meer voordele. Hierdie artikel ondersoek HVDC se voordele oor HVAC:

Lagere Owerbrengingskostes
Owerbrengingskostes hang af van eindspanningsomskakelapparatuur, geleideraantallen/grootte, torenafmetings, en verliese. HVAC gebruik transformateurs vir omskakeling—eenvoudiger en goedkoper as HVDC se thyristor-gestuurde omskakelaars, wat die enigste kostevoordeel is.

HVAC benodig ten minste 3 geleiders vir driefase-owerbrenging. HVDC, wat die aarde as terugkeerpad gebruik, gebruik 1 geleider (monopolair) of 2 (bipolair), wat kostes verminder. Selfs driefase-geleiders kan dubbel die krag dra deur middel van HVDC dubbele bipolaire skakels.

HVAC vereis groter fase-na-aarde en fase-na-fase afstande, wat hoër, wyer towres noodsaak. HVDC-towres verminder installasiekostes. HVDC het ook beduidend laer owerbrengingsverliese, wat dit meer effektief maak.

Totale owerbrengingskostes kan in twee hoofkategorieë verdeel word: eindstasiekostes en owerbrengingslynkostes. Die eerste is 'n vaste uitgawe, onafhanklik van owerbrengingsafstand, terwyl die laaste met lynlengte varieer. AC-eindstasiekostes is relatief laag, terwyl HVDC-eindstasiekostes beduidend hoër is. Echter, die koste per 100 km vir HVAC-owerbrengingslyne is baie hoër as vir HVDC-lyne. Dus, die totale kostekrommes vir HVAC en HVDC sny mekaar op 'n punt bekend as die breakeven-afstand.

Die breakeven-afstand is die owerbrengingslengte waarby die totale beleggingskoste van HVAC die van HVDC oorskry. Hierdie afstand varieer volgens owerbrengingstipe: ongeveer 400–500 myl (600–800 km) vir oopliglyne, 20–50 km vir onderwaterlyne, en 50–100 km vir ondergrondse lyne. Oor hierdie grens word HVDC 'n meer effektiewe en ekonomies lewensvatbare keuse vir kragowerbrenging.

HVDC-owerbrenging het beduidend laer verliese in vergelyking met HVAC, met sleutelverbeteringe in die volgende areas:

Afwezigheid van Reaktiewe Kragverliese

HVAC-owerbrenging ly aan reaktiewe kragverliese, wat direk eweredig is aan lynlengte, frekwensie, en induktiewe laste aan die ontvangsende. Hierdie verliese verminder effektiewe kragowerbrenging en verspil energie, wat die maksimum lengte van effektiewe HVAC-lyne beperk. Om dit te verminder, verlaat HVAC-stelsels op reeks- en parallelkompensasie om VARs (volt-ampère reaktief) te verminder en stabiliteit te handhaaf.

Inteendeel, HVDC werk sonder frekwensie of laadingstroom, wat reaktiewe kragverliese geheel elimineer. Dit verwyder die behoefte aan sulke kompensasie-maatregels.

Vermindering van Corona Verliese

Wanneer owerbrengingspanning 'n kritiese drempel oorskry (die corona-inception-spanning), ioniseer lugmolekules rondom geleiders, wat vonke (corona-ontlading) skep wat energie verspil. Corona verliese hang af van spanningsvlak en frekwensie. Aangesien DC nul frekwensie het, is HVDC-corona verliese ongeveer een derde van dié in HVAC-stelsels.

Afwezigheid van Skink Effek

Wisselspanning stroom vertoon die skink effek, waar stroom neig om naby die geleideroppervlak te konsentreer, die kern onderbenut latend. Hierdie ongelyke stroomverspreiding verminder die effektiewe kruisafsnit van die geleider, weerstand verhoog (aangesien weerstand invers eweredig is aan area) en lei tot hoër I²R-verliese in HVAC-lyne. HVDC, met sy stabiële direkstroom, vermy hierdie effek, verseker dat stroom uniform oor die geleider versprei en weerstandsverliese minimeer.

Geen Straling of Induksie Verliese

HVAC-owerbrengingslyne ly aan stralings- en induksieverliese as gevolg van hul konstant wisselende magneetiese velde. Stralingsverliese ontstaan omdat lang AC-lyne soos antennes funksioneer, energie uitsend wat nie herwin kan word nie. Induksieverliese ontstaan as gevolg van strome wat in nabygeleë geleiders deur die wisselveld geïnduseer word.In HVDC-stelsels is die magneetiese veld konstant, wat beide stralings- en induksieverliese geheel elimineer.

Vermindering van Laadingstroom Verliese

Ondergrondse en onderwaterkabels het inherente parasitiese kapasiteit, wat gelaa moet word voordat hulle krag kan oorbreng. Kapasiteit neem toe met kablelengte, en dus neem laadingstroom eweredig toe.

In AC-stelsels, laai en ontlai kabels meermal per sekonde, wat addisionele stroom van die bronne trek om hierdie siklus te handhaaf. Hierdie extra stroom verhoog I²R-verliese in die kabel.HVDC-kabels, egter, benodig slegs laaing een keer tydens die aanvanklike energisering of switsover. Dit elimineer verliese geassosieer met kontinue laadingstrome.

Geen Diëlektriese Warming Verliese

Die wisselende elektriese veld in AC-stelsels beïnvloed isolasie-materiaal in owerbrengingslyne, wat energie absorbeer en dit in warmte omskep—'n fenomeen bekend as diëlektriese verlies. Dit verspil nie net energie nie, maar verkort ook die leeftyd van isolasie.HVDC-stelsels genereer 'n konstante elektriese veld, wat diëlektriese verliese en die geassosieerde isolasie-warmteprobleme vermy.

3) Dunner Geleiders

Die skink effek in AC veroorsaak dat stroom neig om naby die geleideroppervlak te konsentreer, wat dikker geleiders benodig om die oppervlakarea te verhoog en hoër strome te akkommodeer.HVDC, sonder die skink effek, laat stroom uniform oor die geleiderkruisafsnit versprei. Dit maak die gebruik van dunner geleiders moontlik terwyl dieselfde stroomkapasiteit gehandhaaf word, materiaalkostes en gewig verminderend.

4) Lyn Lengte Beperkings

HVAC-lyne ly aan reaktiewe kragverliese wat direk eweredig is aan lynlengte. Dit stel 'n kritiese limiet aan HVAC-owerbrengingsafstand: oor ongeveer 500 km vir oopliglyne, word reaktiewe kragverliese te hoog, wat die stelsel destabiliseer.HVDC-owerbrenging, inteendeel, het geen sodanige lengtebeperkings nie, wat dit geskik maak vir ultra-langafstandse kraglevering.

5) Vermindering van Kabel Spekifikasie Vereistes

Kabels word gerangskik vir maksimum toelaatbare spanning en stroom. In AC-stelsels is piekspanning en -stroom ongeveer 1,4 keer hoër as hul gemiddelde waardes (wat ooreenstem met die werklike oorgebringde krag). Echter, geleiders moet vir hierdie piekwaardes gerangskik word.In DC-stelsels is piek- en gemiddelde waardes identies. Dit beteken dat HVDC dieselfde krag kan oorbreng met kabels met laer spanning- en stroomspesifikasies in vergelyking met HVAC. In feite, verspil HVAC-stelsels ongeveer 30% van 'n geleider se kapasiteit as gevolg van hul hoër piekvereistes.

6) Smalder Regtigheid van Weg

"Regtigheid van weg" verwys na die grondbreëte wat benodig word vir owerbrengingsinfrastruktuur. HVDC-stelsels benodig 'n smalder regtigheid van weg omdat hulle kleiner towres en minder geleiders gebruik.HVAC, inteendeel, benodig hoër towres om meer geleiders en groter isolators (gerangskik vir AC-piekspannings) te ondersteun, wat sterker strukturele ondersteuning vereis. Hierdie breë voetspoor verhoog materiaal-, konstruksie- en grondkostes—wat HVDC superieur maak in terme van regtigheid van weg-effektiwigheid.

7) Superieure Kabelgebaseerde Owerbrenging

Ondergrondse en onderwaterkabels bestaan uit verskeie geleiders geskei deur isolasie, wat parasitiese kapasiteit tussen hulle skep. Hierdie kabels kan nie krag oorbreng voordat hulle volledig gelaai is nie, en kapasiteit (en dus laadingstroom) neem toe met lengte.AC-stelsels laai en ontlai kabels herhaaldelik (50–60 keer per sekonde), wat I²R-verliese versterk en kablelengte beperk. HVDC-kabels, egter, laai slegs een keer (tydens die aanvanklike energisering of switsover), wat sulke verliese en lengtebeperkings elimineer.Dit maak HVDC die voorkeurlike keuse vir offshory, onderwater- en ondergrondse kabelowerbrenging.

8) Bipolaire Owerbrenging

HVDC ondersteun verskeie owerbrengingsmodes, met bipolaire owerbrenging as 'n wyeverspreide en koste-effektiewe opsie. Dit het twee parallel geleiders met teenoorgestelde polariteite, hul spannings balanserig ten opsigte van die aarde.As een lyn fouteer of breek, switsoor die stelsel na monopolaire modus: die oorblywende lyn voortset met stroomlewering, met die aarde as terugkeerpad.

9) Kontroleerbare Kragtoevloei

HVDC-omskakelaars, gebaseer op vaste-toestandselektronika, maak presiese beheer oor kragtoevloei in AC-netwerke moontlik. Hul vinnige switsovervaardigheid (meer as een keer per siklus) verbeter harmoniese prestasie, demp kragswaai, en optimaliseer die netwerk se kragtoevloeikapasiteit.

10) Vinnige Foutverwydering

Foutstrome—abnormale strome as gevolg van elektriese foute—posisif risiko's. In HVAC-stelsels kan hoë foutstrome owerbrengingslyne, stasies, generatore, en lasse beskadig.HVDC minimiseer sulke risiko's: foutstrome is laer, wat skade beperk tot spesifieke afdelings, en sy vinnige switsoverbewerking verseker vinnige foutreaksie, wat stelselvermoë versterk.

11) Asinchroniese Rooster Verbinding

HVDC maak die verbinding van asinchroniese AC-roosters met verskillende parameters (bv. frekwensie, fase) moontlik.Gebiede gebruik dikwels verskillende frekwensies (bv. 50 Hz in Europa vs. 60 Hz in die VS), en roosters kan faseverskille hê, wat direkte AC-verbinding onmoontlik maak. HVDC, wat sonder frekwensie- of fasebeperkings werk, verbind maklik hierdie onafhanklike stelsels.

12) Moontlikmaking van Slimme Roosters

Slimme roosters integreer kleinmaatskaalse generatore (son, wind, kern) in 'n eenheidige netwerk met intelligente kragtoevloeibehanding.Dit is moontlik met HVDC, wat asinchroniese verbinding van generasie-eenhede ondersteun en volle beheer oor kragdistribusie gee, wat in lyn is met slimme roostervereistes.

13) Vermindering van Geraas Interferensie

HVDC veroorsaak baie minder geraas interferensie na nabyle kommunikasie-lyne in vergelyking met HVAC.HVAC genereer hoorbare suising, radio- en TV-interferensie, met intensiteit wat verband hou met sy frekwensie. HVDC, met nul frekwensie, produseer minimaal geraas. Addisioneel, neem HVAC-geraas toe tydens slegte weer, terwyl HVDC-geraas verminder, wat meer stabiele operasie verseker.