Какви са предимствата на ХВДЦ в сравнение с ХВАЦ при преноса на електроенергия

Какви са предимствата на ВНП над ВНАП?

Електричеството пътува на дълги разстояния, преди да достигне потребителите. Електроцентралите, често намиращи се на отдалечени места, доставят електричество през стотици мили и множество трансформаторни станции. Високонапрегнатата преференция намалява загубите в линията, като се използват както променлив, така и постоянен ток. Въпреки че променливият ток е познат чрез електроопори и домашни контакти, ВНП предлага уникални предимства при преференцията на електроенергия.

Целта на преференцията на електроенергията е да се минимизират загубите и разходите. Въпреки че и двете са засегнати от влияещи фактори, ВНП има повече предимства. Тази статия разглежда предимствата на ВНП в сравнение с ВНАП:

По-ниски разходи за преференция
Разходите за преференция зависят от оборудването за конверсия на крайната напрежение, броя/размера на проводниците, размерите на опорите и загубите. ВНАП използва трансформатори за конверсия - по-прости и по-евтини от тиристорните конвертори на ВНП, които представляват единственото му предимство по отношение на цената.

ВНАП изисква поне 3 проводника за трёхфазна преференция. ВНП, използвайки земята като обратен път, използва 1 (моно полярен) или 2 (би полярен) проводника, намалявайки разходите. Даже трёхфазните проводници могат да пренасят двойна мощност чрез двойни би полярни връзки на ВНП.

ВНАП изисква по-голямо разстояние между фаза-земя и фаза-фаза, което изисква по-високи и по-широки опори. Опорите на ВНП намаляват разходите за инсталация. ВНП има значително по-ниски загуби при преференция, което го прави по-ефективно.

Общите разходи за преференция могат да бъдат разделени на две основни категории: разходи за крайни станции и разходи за преферентни линии. Първите са фиксирани разходи, независими от разстоянието на преференция, докато вторите варира с дължината на линията. Разходите за крайни станции на ВНАП са относително ниски, докато разходите за крайни станции на ВНП са значително по-високи. Обаче, разходите за 100 км за преферентни линии на ВНАП са много по-големи от тези на ВНП. Така общите криви на разходите за ВНАП и ВНП се пресичат в точка, известна като точка на равновесие.

Точката на равновесие е дължината на преференция, след която общите инвестиционни разходи на ВНАП надхвърлят тези на ВНП. Това разстояние варира според типа преференция: около 400-500 мили (600-800 км) за въздушни линии, 20-50 км за подводни линии и 50-100 км за подземни линии. След този праг, ВНП става по-ефективен и икономически жизнеспособен избор за преференция на електроенергия.

Преференцията на ВНП води до значително по-ниски загуби в сравнение с ВНАП, с ключови подобрения в следните области:

Отсъствие на загуби от реактивна мощност

Преференцията на ВНАП страда от загуби от реактивна мощност, които са директно пропорционални на дължината на линията, честотата и индуктивните товари на приемащия край. Тези загуби намаляват ефективната преференция на мощност и разпиляват енергия, ограничавайки максималната дължина на ефективните линии на ВНАП. За намаляване на тези загуби, системите ВНАП полагат компенсации в ред и паралел, за да намалят VAR-овете (волт-ампер реактивни) и да запазят стабилността.

В противовес, ВНП функционира без честота или зареждане, изключвайки напълно загубите от реактивна мощност. Това премахва необходимостта от такива мерки за компенсация.

Намалени коронни загуби

Когато преферентното напрежение надвиши критичен праг (коронното начално напрежение), молекулите на въздуха около проводниците се йонизират, създавайки искри (коронна разрядка), които разпиляват енергия. Коронните загуби зависят от нивото на напрежението и честотата. Тъй като DC има нула честота, коронните загуби на ВНП са приблизително една трета от тези в системите ВНАП.

Отсъствие на кожен ефект

Променливият ток проявява кожен ефект, при който токът се концентрира близо до повърхността на проводника, оставяйки ядрото недостатъчно използвано. Това неравномерно разпределение на тока намалява ефективната поперечна площ на проводника, увеличавайки съпротивлението (което е обратно пропорционално на площта) и водейки до по-големи I²R загуби в линиите на ВНАП. ВНП, с неговия постоянен ток, избягва този ефект, осигурявайки равномерно разпределение на тока по целия проводник и минимизирайки съпротивителните загуби.

Без радиационни или индукционни загуби

Линиите за преференция на ВНАП страдат от радиационни и индукционни загуби поради техните постоянно променящи се магнитни полета. Радиационните загуби се появяват, защото дълги линии на ВНАП действат като антени, излъчвайки енергия, която не може да бъде възстановена. Индукционните загуби произтичат от токове, индуцирани в близки проводници от алтерниращото поле.В системите ВНП, магнитното поле е постоянно, изключвайки напълно и двете радиационни и индукционни загуби.

Намалени загуби от зареждане

Подземните и подводни кабели имат вродена паразитна капацитет, която изисква зареждане, преди да могат да преференцират енергия. Капацитетът се увеличава с дължината на кабела, и така зареждащият ток се увеличава пропорционално.

В системите на ВНАП, кабелите се зареждат и разареждат многократно в секунда, извличайки допълнителен ток от източника, за да поддържат този цикъл. Този допълнителен ток увеличава I²R загубите в кабела.Кабелите на ВНП обаче изискват само единично зареждане по време на първоначалното включване или комутиране. Това изключва загубите, свързани с постоянните зареждащи токове.

Без диелектрични загуби от нагряване

Алтерниращото електрическо поле в системите ВНАП влияе на изолационните материали в преферентните линии, карайки ги да абсорбират енергия и да я преобразуват в топлина - явление, известно като диелектрична загуба. Това не само разпилява енергия, но и съкращава живота на изолацията.Системите ВНП генерираят постоянна електрическа поле, избягвайки диелектричните загуби и проблемите, свързани с нагряването на изолацията.

3) По-тънки проводници

Кожният ефект в ВНАП причинява тока да се концентрира близо до повърхността на проводника, изисквайки по-дебели проводници, за да се увеличи повърхността и да се акомулира по-голям ток.ВНП, свободен от кожния ефект, позволява тока да се разпредели равномерно по цялата поперечна площ на проводника. Това позволява използването на по-тънки проводници, докато се поддържа същата способност за преференция на ток, намалявайки материалните разходи и теглото.

4) Ограничения на дължината на линията

Линиите на ВНАП страдат от загуби от реактивна мощност, които се увеличават директно с дължината на линията. Това налага критично ограничение на дължината на преференцията на ВНАП: след приблизително 500 км за въздушни линии, загубите от реактивна мощност стават прекалено високи, дестабилизирайки системата.ВНП обаче няма такива ограничения по дължина, правейки го подходящ за ултра-дълга преференция на енергия.

5) Намалени изисквания за класификация на кабели

Кабелите се класифицират според максималното допустимо напрежение и ток. В системите ВНАП, пиковото напрежение и ток са приблизително 1,4 пъти по-високи от средните стойности (които съответстват на реално преференцираната мощност). Обаче, проводниците трябва да бъдат класифицирани за тези пикови стойности.В системите ВНП, пиковите и средните стойности са идентични. Това означава, че ВНП може да преференцира същата мощност, използвайки кабели с по-ниски класификации на напрежение и ток в сравнение с ВНАП. Всъщност, системите ВНАП ефективно губят около 30% от способността на проводника, поради по-високите им пики.

6) По-тясна територия за преминаване

"Територия за преминаване" се отнася до земен коридор, необходим за преферентна инфраструктура. Системите ВНП изискват по-тясна територия за преминаване, тъй като използват по-малки опори и по-малко проводници.ВНАП, от друга страна, изисква по-високи опори, за да подкрепят повече проводници и по-големи изолатори (класифицирани за пикови напрежения на ВНАП), които изискват по-здрава конструкция. Този по-широк след отпечатък увеличава материалните, строителните и земеделските разходи - правейки ВНП по-добър по отношение на ефективността на територията за преминаване.

7) Подобряване на преференцията чрез кабели

Подземните и подводни кабели са съставени от множество проводници, разделени от изолация, създавайки паразитна капацитет между тях. Тези кабели не могат да преференцират енергия, докато не са напълно заредени, и капацитетът (и следователно зареждащият ток) се увеличава с дължината.Системите ВНАП многократно зареждат и разареждат кабелите (50-60 пъти в секунда), увеличавайки I²R загубите и ограничавайки дължината на кабела. Кабелите на ВНП обаче се зареждат само веднъж (по време на първоначалното включване или комутиране), изключвайки тези загуби и ограничения по дължина.Това прави ВНП предпочитан избор за офшорна, подводна и подземна преференция на кабели.

8) Биполярна преференция

ВНП поддържа многобразни режими на преференция, с биполярната преференция като широко използван и икономически ефективен вариант. Тя включва два успоредни проводника с противоположни полярности, чиито напрежения са балансирани спрямо земята.Ако една линия се повреди или се разкъса, системата безшовно преминава в моно полярен режим: останалата линия продължава да преференцира ток, използвайки земята като обратен път.

9) Контролируем поток на мощност

Конверторите на ВНП, базирани на твърди телеви елементи, позволяват прецизен контрол върху потока на мощност в мрежите на ВНАП. Их бързо комутираща способност (работеща многократно в секунда) подобрява хармоничната производителност, демпфира колебанията на мощността и оптимизира капацитета за преференция на мощност в мрежата.

10) Бързо изчистване на аварии

Автоматичните токове - аномални токове от електрически аварии - представляват значителен риск. В системите ВНАП, високите автоматични токове могат да повредят преферентните линии, станции, генератори и потребители.ВНП минимизира тези рискове: автоматичните токове са по-ниски, ограничавайки повредите до конкретни секции, и неговата бързо комутираща операция гарантира бърз отговор при аварии, подобрявайки устойчивостта на системата.

11) Асинхронна интерконекция на мрежи

ВНП позволява интерконекция на асинхронни мрежи ВНАП с различни параметри (например, честота, фаза).Регионите често използват различни честоти (например, 50 Hz в Европа vs. 60 Hz в САЩ), и мрежите могат да имат фазови разлики, които правят пряката интерконекция на ВНАП невъзможна. ВНП, работещ без ограничения по честота или фаза, лесно свързва тези независими системи.

12) Възможност за умни мрежи

Умните мрежи интегрират малкомащабни генератори (слънчеви, ветрови, ядрени) в единна мрежа с интелигентен контрол на потока на мощност.Това е възможно с ВНП, който поддържа асинхронна интерконекция на генераторни единици и предоставя пълен контрол върху разпределението на мощност, съответстващ на изискванията на умните мрежи.

13) Намалено шумово заблъскване

ВНП причинява много по-малко шумово заблъскване на близките комуникационни линии в сравнение с ВНАП.ВНАП генерира слушаемо бучене, радио и телевизионно заблъскване, с интензитет, свързан с неговата честота. ВНП, с нулева честота, произвежда минимален шум. Освен това, шумът на ВНАП се увеличава при лошо време, докато шумът на ВНП намалява, осигурявайки по-стабилна работа.