Hvað eru kostarnir á HVDC yfir HVAC í orkutengslum?

Hvað eru kostnaðarlegu kostirnir á HVDC yfir HVAC?

Rafmagn fer langt áfram áður en það nálgast notendur. Kraftaverksstöðvar, oft í skemmtilegum svæðum, senda rafmagn yfir hundrað míl og margar undirstöður. Hágildisrafsending minnkar línuhvenkun, bæði AC og DC eru notaðar. Þó AC sé vanalegra vegna stanganna og útletta heima, býður HVDC upp á einstök kosti í rafsendingu.

Markmiðið við rafsendingu er að minnka hvenkun og kostnað. Bæði standa fyrir áhrifum, en HVDC hefur fleiri kosti. Þetta grein fer í sundr HVDCs kosti yfir HVAC:

Lægri Sendingarkostnaðar
Sendingarkostnaðar hafa samband við endastöðu spennuskipta tæki, leitarleiðarlengd/stærð, tornastærð og hvenkun. HVAC notar spennubreytara til skipta - einfaldari og lægra en HVDCs thyristorbundið skiptatæki, sem er eitt kostnaðargagn.

HVAC þarf að minnsta kosti 3 leiðar fyrir 3-fás sendingu. HVDC, sem notar jarðina sem afturferð, notar 1 leið (einpol) eða 2 (tvípól), sem minnkar kostnað. Jafnvel 3-fás leiðir geta farið tvöfaldan rafmagn með HVDC tvípól tengslum.

HVAC krefst stærri bil milli fás og jörð og milli fása, þar sem þurft er að hækka og breyta tornum. HVDC torn minnka upphafskostnað. HVDC hefur einnig mjög lága sendingahvenkun, sem gerir það efniðara.

Heildar sendingarkostnaðar kunna að vera skipt í tvö aðal flokk: endastöðukostnaðar og sendingarleiðarkostnaðar. Fyrirri er fastur kostnaður, óháður sendingarfélagi, en seinari breytist eftir línulengd. AC endastöðukostnaður er hlutfallslega lágr, en HVDC endastöðukostnaður er mjög hárr. En kostnaðurinn fyrir 100 km af HVAC sendingarleiðum er mikið hærri en fyrir HVDC leiðir. Þannig skerjast heildarkostnaðarsvängurnar fyrir HVAC og HVDC í punkti sem er kendur sem jafnvægur fjarlægn.

Jafnvægur fjarlægn er sendingarlengdin sem fer yfir þann punkt sem heildarbyggingarkostnaður HVAC fer yfir HVDC. Þessi fjarlægn breytist eftir sendingartegund: um 400-500 míl (600-800 km) fyrir loftuppsprettur, 20-50 km fyrir vatnssprettur og 50-100 km fyrir jarðsprettur. Yfir þessa markmið verður HVDC að efniðara og fjármálsværi vali fyrir rafsendingu.

HVDC sending hefur mjög lága hvenkun samanburði við HVAC, með mikilvægum bætum í eftirtöldum svæðum:

Fjórðung á Rýmdspenna Hvenkun

HVAC sending fer fram með rýmdspenna hvenkun, sem er beint sameiginlegt við línulengd, tíðni og inductance hleður á móttökuendi. Þessi hvenkun minnkar gildi rafmagnsfærslu og eyðir orku, sem takmarkar hámarks lengd HVAC línur. Til að mildra þetta, HVAC kerfi byggja á series og shunt compensation til að minnka VARs (volt-ampere reactive) og halda á stöðugleika.

Á móti því fer HVDC fram án tíðni eða charging current, sem eyðir rýmdspenna hvenkun allt. Þetta tekur út þörf fyrir slíkt compensation tæki.

Lægri Corona Hvenkun

Þegar sendingarspenning fer yfir ákveðinn grunn (corona inception voltage), ionizera luftameðlimir um leiðar, sem skapar sparks (corona discharge) sem eyða orku. Corona hvenkun fer eftir spennuleysi og tíðni. Vegna þess að DC hefur núll tíðni, er HVDC corona hvenkun um þrjúþridji af HVAC kerfum.

Fjórðung á Skinn Áhrifum

AC straumur fer fram með skinn áhrifum, þar sem straumur samanbýtur nálægt leiðarborði, sem eyðir miðju. Þessi ójafn dreifing á straumi minnkar virka snertispunkt leiðar, sem hækka viðbótar (sem er andhverfanlegt hlutfall við flatarmál) og leiðir til hærri I²R hvenkun í HVAC línur. HVDC, með fastum beina straumi, eyðir þessum áhrifum, sem tryggir jafn dreifingu straums á leiðar og minnkar viðbótshvenkun.

Engin Strálar eða Induction Hvenkun

HVAC sendingarleiðir fer fram með strálar og induction hvenkun vegna sínum stöðugt breytandi magnetic reikindum. Strálar hvenkun fer fram vegna þess að löng AC línur virka eins og antenner, sem strála orku sem er óhæfjanlegt. Induction hvenkun kemur frá straumum sem eru brottflutt í nærliggjandi leiðar af alternating reikindi.Í HVDC kerfum, er magnetic reikindi stöðugt, sem eyðir bæði strálar og induction hvenkun allt.

Lægri Charging Current Hvenkun

Jarðar og vatnssprettur hafa innbyggð parasitic capacitance, sem þarf að hlaða áður en þeir geta sent orku. Capacitance hækka með línulengd, og svo hækka charging current í sama máli.

Í AC kerfum, hlaða og lausa línur mörgum sinnum á sekúndu, sem draga auka straum frá uppruna til að halda á þessari hringingu. Þessi auka straum hækka I²R hvenkun í línunni.HVDC línur, á móti, þurfa að hlaða bara einu sinni á upphaflegu energizing eða switching. Þetta eyðir hvenkun sem er tengd stöðugum charging currents.

Engin Dielectric Heating Hvenkun

Alternating electric reikindi í AC kerfum hafa áhrif á insulating efni í sendingarleiðum, sem gerir þeim að draga orku og breyta því í hita - sem er kendur sem dielectric loss. Þetta eyðir ekki bara orku, heldur styttir líka lifa insulating efna.HVDC kerfi mynda stöðugt electric reikindi, sem eyðir dielectric losses og associated insulation heating issues.

3) Þynnrar Leiðar

Skinn áhrif í AC fer fram með straumi sem samanbýtur nálægt leiðarborði, sem krefst þykkrar leiðar til að hækka borðflatarmál og ganga saman við hærri strauma.HVDC, free from the skin effect, allows current to distribute uniformly across the conductor cross-section. This enables the use of thinner conductors while maintaining the same current-carrying capacity, reducing material costs and weight.

4) Línulengd Takmarkanir

HVAC línur fer fram með rýmdspenna hvenkun sem hækka beint með línulengd. Þetta setur ákveðnar takmarkanir á HVAC sendingarfélagi: yfir um 500 km fyrir loftuppsprettur, rýmdspenna hvenkun verður of há, sem óstöðugar kerfin.HVDC sending, á móti, hefur engar slíkar lengd takmarkanir, sem gerir það veitt fyrir ultra-langa sendingar.

5) Lægri Cable Rating Kröfur

Leiðar eru merktar fyrir hámarks leyfileg spenna og straum. Í AC kerfum, peak spenna og straum er um 1.4 sinnum hærri en meðaltal gildi (sem svara til raunverulegs orku). En leiðar þurfa að vera merktar fyrir þessi peak gildi.Í DC kerfum, peak og meðaltal gildi eru eins. Þetta þýðir að HVDC getur sent sama orku með leiðum með lægri spenna og straum rating samanburði við HVAC. Í raun eyðir HVAC kerfi um 30% af leiðar capacity vegna hærri peak kröfur.

6) Angmarkað Right-of-Way

"Right-of-way" refers to the land corridor required for transmission infrastructure. HVDC systems require a narrower right-of-way because they use smaller towers and fewer conductors.HVAC, on the other hand, needs taller towers to support more conductors and larger insulators (rated for AC peak voltages), which demand stronger structural support. This broader footprint increases material, construction, and land costs—making HVDC superior in terms of right-of-way efficiency.

7) Superior Cable-Based Transmission

Underground and submarine cables consist of multiple conductors separated by insulation, creating parasitic capacitance between them. These cables cannot transmit power until fully charged, and capacitance (and thus charging current) increases with length.AC systems repeatedly charge and discharge cables (50–60 times per second), amplifying I²R losses and limiting cable length. HVDC cables, however, only charge once (during initial energization or switching), eliminating such losses and length restrictions.This makes HVDC the preferred choice for offshore, underwater, and underground cable transmission.

8) Bipolar Transmission

HVDC supports versatile transmission modes, with bipolar transmission being a widely used and cost-effective option. It features two parallel conductors with opposite polarities, their voltages balanced relative to the earth.If one line fails or breaks, the system seamlessly switches to monopolar mode: the remaining line continues supplying current, using the earth as the return path.

9) Controllable Power Flow

HVDC converters, based on solid-state electronics, enable precise control over power flow in AC networks. Their rapid switching capability (operating multiple times per cycle) enhances harmonic performance, dampens power swings, and optimizes the network’s power supply capacity.

10) Fast Fault Clearance

Fault currents—abnormal currents from electrical faults—pose significant risks. In HVAC systems, high fault currents can damage transmission lines, stations, generators, and loads.HVDC minimizes such risks: fault currents are lower, limiting damage to specific sections, and its fast-switching operation ensures rapid fault response, enhancing system resilience.

11) Asynchronous Grid Interconnection

HVDC enables interconnection of asynchronous AC grids with differing parameters (e.g., frequency, phase).Regions often use distinct frequencies (e.g., 50 Hz in Europe vs. 60 Hz in the U.S.), and grids may have phase differences, making direct AC interconnection impossible. HVDC, operating without frequency or phase constraints, easily links these independent systems.

12) Enabling Smart Grids

Smart grids integrate small-scale generators (solar, wind, nuclear) into a unified network with intelligent power flow control.This is feasible with HVDC, which supports asynchronous interconnection of generation units and provides full control over power distribution, aligning with smart grid requirements.

13) Reduced Noise Interference

HVDC causes far less noise interference to nearby communication lines compared to HVAC.HVAC generates audible buzzing, radio, and TV interference, with intensity tied to its frequency. HVDC, with zero frequency, produces minimal noise. Additionally, HVAC noise increases in bad weather, while HVDC noise diminishes, ensuring more stable operation.