Ano ang mga Advantages ng HVDC sa Pagkumpara sa HVAC sa Power Transmission

Ano ang mga Advantages ng HVDC sa Pagkakaiba-iba ng HVAC?

Ang kuryente ay lumalakbay ng mahabang layunin bago ito maabot ang mga consumer. Ang mga power plant, kadalasang malayo, ay nagbibigay ng kuryente sa pamamagitan ng daan-daang milya at maraming substation. Ang mataas na tensyon na transmisyon ay nagbabawas ng line losses, gamit ang parehong AC at DC. Bagama't ang AC ay kilala sa pamamagitan ng utility poles at home outlets, ang HVDC ay nagbibigay ng mga natatanging advantages sa power transmission.

Ang layunin ng power transmission ay ang pag-minimize ng losses at costs. Habang parehong naka-face ng mga factor na nakakaapekto, ang HVDC ay may mas maraming advantages. Ang artikulong ito ay nag-explore ng mga advantages ng HVDC sa pagkakaiba-iba ng HVAC:

Mas Mababang Transmission Costs
Ang transmission costs ay depende sa terminal voltage conversion equipment, conductor quantity/size, tower dimensions, at losses. Ang HVAC ay gumagamit ng transformers para sa conversion—mas simple at mas mura kaysa sa thyristor-based converters ng HVDC, ang tanging cost advantage nito.

Ang HVAC ay nangangailangan ng hindi bababa sa 3 conductors para sa 3-phase transmission. Ang HVDC, na gumagamit ng earth bilang return path, ay gumagamit ng 1 conductor (monopolar) o 2 (bipolar), na nagbabawas ng costs. Kahit ang 3-phase conductors ay maaaring magdala ng doble ang power sa pamamagitan ng HVDC double bipolar links.

Ang HVAC ay nangangailangan ng mas malaking phase-to-ground at phase-to-phase spacing, na nangangailangan ng mas taas at mas lapad na towers. Ang HVDC towers ay nagbabawas ng installation costs. Ang HVDC ay may mas mababang transmission losses, na nagpapahusay ng efficiency nito.

Ang kabuuang transmission costs ay maaaring hatiin sa dalawang pangunahing kategorya: terminal station costs at transmission line costs. Ang unang ito ay isang fixed expense, independent sa transmission distance, habang ang huli ay nag-iiba-iba depende sa haba ng linya. Ang AC terminal costs ay relatibong mababa, samantalang ang HVDC terminal costs ay mas mataas. Gayunpaman, ang cost per 100 km para sa HVAC transmission lines ay mas mataas kaysa sa HVDC lines. Kaya, ang kabuuang cost curves para sa HVAC at HVDC ay nag-intersect sa isang punto na kilala bilang break-even distance.

Ang break-even distance ay ang transmission length na lumampas sa kung saan ang kabuuang investment cost ng HVAC ay lumalampas sa HVDC. Ito ay nag-iiba-iba depende sa uri ng transmission: humigit-kumulang 400–500 miles (600–800 km) para sa overhead lines, 20–50 km para sa underwater lines, at 50–100 km para sa underground lines. Lumampas sa threshold na ito, ang HVDC ay naging mas efficient at ekonomiko na pagpipilian para sa power transmission.

Ang HVDC transmission ay may mas mababang losses kumpara sa HVAC, na may mga key improvements sa mga sumusunod na aspeto:

Walang Reactive Power Losses

Ang HVAC transmission ay nakakaranas ng reactive power losses, na direktang proportional sa haba ng linya, frequency, at inductive loads sa receiving end. Ang mga losses na ito ay nagbabawas ng effective power transfer at nagwawasto ng energy, na naglimita sa maximum length ng efficient HVAC lines. Upang mapabuti ito, ang HVAC systems ay umaasa sa series at shunt compensation upang bawasan ang VARs (volt-ampere reactive) at panatilihin ang stability.

Sa kabilang banda, ang HVDC ay tumataas nang walang frequency o charging current, na nag-eeliminate ng reactive power losses buong-buo. Ito ay nag-aalis ng pangangailangan para sa mga compensation measures.

Mas Mababang Corona Losses

Kapag ang transmission voltage ay lumampas sa critical threshold (ang corona inception voltage), ang mga air molecules sa paligid ng mga conductors ay ionize, na naglilikha ng sparks (corona discharge) na nagwawasto ng energy. Ang corona losses ay depende sa voltage level at frequency. Dahil ang DC ay may zero frequency, ang corona losses ng HVDC ay humigit-kumulang na one-third ng HVAC systems.

Walang Skin Effect

Ang AC current ay nagpapakita ng skin effect, kung saan ang current ay nakoncentrate sa paligid ng surface ng conductor, na naiiwan ang core underutilized. Ang uneven current distribution na ito ay nagbabawas ng effective cross-sectional area ng conductor, na nagpapataas ng resistance (bilang ang resistance ay inversely proportional sa area) at nagresulta sa mas mataas na I²R losses sa HVAC lines. Ang HVDC, na may steady direct current, ay nakakaiwas dito, na nagpapatunay ng uniform current distribution sa buong conductor at nagmimina ng resistive losses.

Walang Radiation o Induction Losses

Ang HVAC transmission lines ay nakakaranas ng radiation at induction losses dahil sa kanilang constantly varying magnetic fields. Ang radiation losses ay nangyayari dahil ang mahabang AC lines ay gumagana tulad ng antennas, na nag-radiate ng energy na irrecoverable. Ang induction losses ay nagmumula sa currents na induced sa nearby conductors ng alternating field.Sa HVDC systems, ang magnetic field ay constant, na nag-eeliminate ng parehong radiation at induction losses buong-buo.

Mas Mababang Charging Current Losses

Ang underground at underwater cables ay may inherent parasitic capacitance, na nangangailangan ng charging bago sila makapag-transmit ng power. Ang capacitance ay lumalaki depende sa haba ng cable, at kaya ang charging current ay lumalaki proportionally.

Sa AC systems, ang cables ay nagcha-charge at nagdi-discharge ng maraming beses bawat segundo, na nagdadraw ng additional current mula sa source upang panatilihin ang cycle na ito. Ang extra current na ito ay nagpapataas ng I²R losses sa cable.Ang HVDC cables, sa kabilang banda, ay nangangailangan lamang ng charging once during initial energization o switching. Ito ay nag-eeliminate ng losses na kaugnay ng continuous charging currents.

Walang Dielectric Heating Losses

Ang alternating electric field sa AC systems ay nakakaapekto sa insulation materials sa transmission lines, na nagiging sanhi ng pag-absorb ng energy at pag-convert nito sa heat—a phenomenon na kilala bilang dielectric loss. Ito ay hindi lamang nagwawasto ng energy kundi nagpapahaba rin ng insulation lifespan.Ang HVDC systems ay nag-generate ng constant electric field, na nag-aalis ng dielectric losses at ang mga kaugnay na insulation heating issues.

3) Mas Delikado ang Conductors

Ang skin effect sa AC ay nagpapakonsentrado ng current sa paligid ng surface ng conductor, na nangangailangan ng mas matinding conductors upang tanggapin ang mas mataas na currents.Ang HVDC, na walang skin effect, ay nagpapahintulot ng uniform current distribution sa buong cross-section ng conductor. Ito ay nagpapahusay sa paggamit ng mas delikado na conductors habang pinapanatili ang parehong current-carrying capacity, na nagpapababa ng material costs at weight.

4) Limitasyon sa Habang Linya

Ang HVAC lines ay nakakaranas ng reactive power losses na lumalaki directly sa haba ng linya. Ito ay nagpapataas ng critical limit sa HVAC transmission distance: lumampas sa humigit-kumulang 500 km para sa overhead lines, ang reactive power losses ay naging sobrang mataas, na nagdudulot ng destabilization ng sistema.Sa kabilang banda, ang HVDC transmission ay walang ganitong limitasyon sa haba, na nagpapahusay nito para sa ultra-long-distance power delivery.

5) Mas Mababang Cable Rating Requirements

Ang cables ay rated para sa maximum tolerable voltage at current. Sa AC systems, ang peak voltage at current ay humigit-kumulang na 1.4 times mas mataas kaysa sa kanilang average values (na kasunod sa actual power delivered). Gayunpaman, ang conductors ay dapat rated para sa mga peak values.Sa DC systems, ang peak at average values ay identikal. Ito ay nangangahulugan na ang HVDC ay maaaring mag-transmit ng parehong power gamit ang cables na may mas mababang voltage at current ratings kumpara sa HVAC. Sa katunayan, ang HVAC systems ay effectively waste about 30% ng kapasidad ng conductor dahil sa kanilang mas mataas na peak requirements.

6) Mas Malapot na Right-of-Way

"Right-of-way" ay tumutukoy sa land corridor na nangangailangan para sa transmission infrastructure. Ang HVDC systems ay nangangailangan ng mas malapot na right-of-way dahil sa kanilang paggamit ng mas maliit na towers at mas kaunti na conductors.Ang HVAC, sa kabilang banda, ay nangangailangan ng mas taas na towers upang suportahan ang mas maraming conductors at mas malaking insulators (rated para sa AC peak voltages), na nangangailangan ng mas malakas na structural support. Ang mas malawak na footprint na ito ay nagpapataas ng material, construction, at land costs—na nagpapahusay ng HVDC sa terms ng right-of-way efficiency.

7) Mas Superior na Cable-Based Transmission

Ang underground at submarine cables ay binubuo ng maraming conductors na hiwalay sa pamamagitan ng insulation, na nagpapabuo ng parasitic capacitance sa pagitan nila. Ang mga cables na ito ay hindi maaaring mag-transmit ng power hanggang fully charged, at ang capacitance (at kaya ang charging current) ay lumalaki depende sa haba.Ang AC systems ay paulit-ulit na nagcha-charge at nagdi-discharge ng cables (50–60 times bawat segundo), na nagpapalakas ng I²R losses at naglimita sa haba ng cable. Ang HVDC cables, sa kabilang banda, ay nangangailangan lamang ng charging once (during initial energization o switching), na nag-eeliminate ng mga losses at limitasyon sa haba.Ito ay nagpapahusay ng HVDC bilang preferred choice para sa offshore, underwater, at underground cable transmission.

8) Bipolar Transmission

Ang HVDC ay sumusuporta ng versatile transmission modes, na ang bipolar transmission ay isa sa widely used at cost-effective option. Ito ay may dalawang parallel conductors na may opposite polarities, na balanced ang kanilang voltages relative sa earth.Kapag ang isang linya ay nabigo o nabreak, ang sistema ay seamless na switch sa monopolar mode: ang natitirang linya ay patuloy na nagbibigay ng current, gamit ang earth bilang return path.

9) Controllable Power Flow

Ang HVDC converters, na batay sa solid-state electronics, ay nagbibigay ng precise control over power flow sa AC networks. Ang kanilang rapid switching capability (operating multiple times per cycle) ay nagpapahusay ng harmonic performance, dampens power swings, at optimizes ang power supply capacity ng network.

10) Mabilis na Fault Clearance

Ang fault currents—abnormal currents mula sa electrical faults—ay nagpapaharap ng significant risks. Sa HVAC systems, ang mataas na fault currents ay maaaring magdulot ng pinsala sa transmission lines, stations, generators, at loads.Ang HVDC ay nagpapababa ng mga risks na ito: ang fault currents ay mas mababa, na naglimita ng pinsala sa specific sections, at ang kanyang fast-switching operation ay nagse-ensure ng mabilis na fault response, na nagpapahusay ng system resilience.

11) Asynchronous Grid Interconnection

Ang HVDC ay nagbibigay ng interconnection ng asynchronous AC grids na may iba't ibang parameters (e.g., frequency, phase).Ang mga rehiyon kadalasang gumagamit ng distinct frequencies (e.g., 50 Hz sa Europe vs. 60 Hz sa U.S.), at ang mga grid ay maaaring may phase differences, na nagpapahirap ng direct AC interconnection. Ang HVDC, na nag-operate nang walang frequency o phase constraints, ay madaling nag-link sa mga independent systems na ito.

12) Nagbibigay ng Smart Grids

Ang smart grids ay nag-integrate ng small-scale generators (solar, wind, nuclear) sa unified network na may intelligent power flow control.Ito ay feasible sa pamamagitan ng HVDC, na sumusuporta ng asynchronous interconnection ng generation units at nagbibigay ng full control over power distribution, na sumasang-ayon sa mga requirement ng smart grid.

13) Mas Mababang Noise Interference

Ang HVDC ay nagdudulot ng mas mababang noise interference sa nearby communication lines kumpara sa HVAC.Ang HVAC ay nag-generate ng audible buzzing, radio, at TV interference, na may intensity na naka-tie sa frequency nito. Ang HVDC, na may zero frequency, ay nagpapababa ng minimal noise. Bukod dito, ang HVAC noise ay lumalaki sa masamang panahon, samantalang ang HVDC noise ay bumababa, na nagpapahusay ng mas stable na operasyon.