Qutqiliqtan qaysi afzalliklari bor elektr energiyasini uzatishda oʻrniga solishtirganda?

HVDC va HVAC orasidagi afzalliklar nimalar?

Elektr energiya uzoq masofalarni bosib o'tadi, bepul foydalanuvchilarga yetkazilishidan oldin. Elektr stansiyalar, ko'pincha uzoqda joylashgan, elektr energiyani yuzlarlab mil va bir nechta transformatorlar orqali yetkazadi. Yuqori voltajli uzatish xatti yo'qotishlarni kamaytiradi, bu erda hem AC, hem DC ishlatiladi. Vaqt ki AC kutilmagan utility ustunlari va uy ichki qurilmalari orqali tanish, HVDC elektr energiyasini uzatishda maxsus afzalliklarga ega.

Energiya uzatishning maqsadi - yo'qotishlarni va xarajatlarni minimallashtirish. Har ikki turi ham ta'sir qiladigan omillarga ega bo'lsa-da, HVDC ko'proq afzalliklarga ega. Bu maqola HVDC va HVAC orasidagi afzalliklarni o'rganadi:

Pastroq uzatish xarajatlari
Uzatish xarajatlari terminal voltaj konvertatsiya qurilmalari, provodlar soni/olchami, tower o'lchamlari va yo'qotishlardan bog'liq. HVAC transformatorlarni konvertatsiya uchun ishlatadi - bu HVDC thyristor asosida ishlov berilgan konverterlari bilan solishtirganda oddiy va arzon, bu uning faqat bitta xarajat afzalligi.

HVAC 3-fazali uzatish uchun kamida 3 ta provod talab qiladi. HVDC, yerini qayta yollantirish uchun ishlatadigan, 1 (monopolar) yoki 2 (bipolar) provod ishlatadi, bu xarajatlarni kamaytiradi. Hatta 3-fazali provodlarda ham HVDC ikki bipolar ulanishlar orqali ikki barobar quvvatni yetkazishi mumkin.

HVAC phase-to-ground va phase-to-phase orasidagi kattaroq masofa talab qiladi, bu esa balandroq, kengroq towerlar talab qiladi. HVDC towerlari o'rnatish xarajatlarini pasaytiradi. HVDC da ham aniq pastroq uzatish yo'qotishlari bor, bu esa uni samarali qiladi.

Jamiy uzatish xarajatlari ikkita asosiy toifaga bo'linadi: terminal stansiya xarajatlari va uzatish liniya xarajatlari. Birinchisi - sabit xarajat, bu uzatish masofasiga bog'liq emas, ikkinchisi esa liniya uzunligiga bog'liq. AC terminal xarajatlari nisbatan past, lekin HVDC terminal xarajatlari aniq oshirilgan. Biroq, HVAC uzatish liniyalari 100 km uchun xarajat HVAC liniyalari 100 km uchun xarajatdan aniq oshirilgan. Demak, HVAC va HVDC jamiy xarajat chizig'lari kesish nuqtasi mavjud, bu nuqta break-even masofa deb ataladi.

Break-even masofa - bu HVACning jamiy investitsiya xarajati HVDCning jamiy investitsiya xarajatidan oshib ketadigan uzatish masofasi. Bu masofa uzatish turiga qarab farqlanadi: o'rtacha 400-500 mill (600-800 km) tepada, 20-50 km suzilgan liniyalarda, 50-100 km yerga tortilgan liniyalarda. Bu chegaradan keyin, HVDC energiya uzatish uchun samarali va iqtisodiy ravishda qabul qilinishi mumkin bo'lgan tanlovga aylanadi.

HVDC uzatishda HVAC ga nisbatan aniq pastroq yo'qotishlar ro'y beradi, quyidagi sohalarda muhim yaxshilanishlar:

Reaktiv quvvat yo'qotishlari yo'q

HVAC uzatish reaktiv quvvat yo'qotishlarga eroshadi, bu yo'qotishlar liniya uzunligi, chastota va qabul qiluvchi uchlarning induktiv yuklari bilan proporsional. Bu yo'qotishlar effektiv quvvat uzatishini pasaytiradi va energiyani israf qiladi, bu esa samarali HVAC liniyalarining maksimum uzunligini cheklaydi. Bu yo'qotishlarni kamaytirish uchun, HVAC sistemalari seriya va shunt kompensatsiyasidan foydalanadi, bu VARlarni (volt-ampere reaktiv) kamaytiradi va qonuniyatni saqlaydi.

Oqsimda, HVDC chastota yoki zaryadlanish tokiga ega emas, bu reaktiv quvvat yo'qotishlarini butunlay bekor qiladi. Bu shunday kompensatsiya choralariga ehtiyoj yo'q qiladi.

Korona yo'qotishlarini kamaytirish

Agar uzatish voltaji kritik chegarani (korona initsial voltaj) olib o'tsa, provodlar atrofida havo molekulalari ionlashtirilib, korona ishchilash (korona ishchilash) paydo bo'ladi, bu energiyani israf qiladi. Korona yo'qotishlar voltaj darajasiga va chastotalarga bog'liq. DC chastotasi nol bo'lgani uchun, HVDC korona yo'qotishlari HVAC sistemalaridagi korona yo'qotishlardan yarim qismi bo'lgan.

Skin effekti yo'q

AC tok skin effektini namoyon etadi, bu yerda tok provodning yuziga qo'shiladi, bu esa markazini ishlatmasdan qoldiradi. Bu toq to'qaruv provodning effektiv kesma maydonini pasaytiradi, bu esa qarshilikni (qarshilik maydon bilan teskari proporsional) oshiradi va I²R yo'qotishlarni HVAC liniyalarda oshiradi. HVDC, o'zining doimiy to'g'ri toki bilan, bu effektdan saqlanadi, provodning butun kesma maydonida toq to'qaruvni ta'minlaydi va qarshilik yo'qotishlarini minimal holatga keltiradi.

Radiatsiya yoki induksiya yo'qotishlari yo'q

HVAC uzatish liniyalari davom etib o'zgaruvchi magnit maydonlari sababli radiatsiya va induksiya yo'qotishlarga eroshadi. Radiatsiya yo'qotishlari uzoq AC liniyalari antenalar sifatida ishlashi sababli, qaytarilishi mumkin bo'lmagan energiyani ishoraviy radiatsiya qilishidan kelib chiqadi. Induktsiya yo'qotishlari o'zgaruvchi maydon yordamida yaqin joyda joylashgan provodlarda induksiyalangan toklar orqali paydo bo'ladi.HVDC sistemalarda, magnit maydon doimiy, bu radiatsiya va induksiya yo'qotishlarni butunlay bekor qiladi.

Zaryadlanish tok yo'qotishlarini kamaytirish

Yerga tortilgan va suzilgan kabellar parasit kapasitivlikka ega, bu energiyani uzatishdan oldin zaryadlanishi kerak. Kapasitivlik kabellar uzunligi bilan oshadi, va shunday zaryadlanish toki proporsional oshadi.

AC sistemalarda, kabellar har sekundda bir necha marta zaryadlanadi va zaryadini yo'qotadi, bu jarayonda manba dan qo'shimcha tok talab qiladi. Bu qo'shimcha tok kabellar I²R yo'qotishlarini oshiradi.HVDC kaballar, faqat boshlang'ich energizatsiya yoki o'zgartirishda zaryadlanadi. Bu doimiy zaryadlanish toklari bilan bog'liq bo'lgan yo'qotishlarni bekor qiladi.

Dielektrik issiq yo'qotishlar yo'q

AC sistemalarda, o'zgaruvchi elektr maydon isolatsiya materiallarini ta'sir qiladi, ular energiyani o'z ichiga oladi va uni issiqga aylantiradi - bu dielektrik yo'qotish deyiladi. Bu energiyani israf qiladi va isolatsiya omilini qisqartiradi.HVDC sistemalari doimiy elektr maydonini yaratadi, dielektrik yo'qotishlarni va shu bilan bog'liq isolatsiya issiq holatlarini bekor qiladi.

3) Ajralib turadigan provodlar

AC dagi skin effekti tokni provodning yuziga qo'shadi, bu esa kengroq provodlarni talab qiladi, unda yuz maydoni katta bo'lib, ko'proq tokni o'tkazishi mumkin.HVDC, skin effektidan saqlangan, toq to'qaruvni provodning kesma maydoni bo'lgan joyda meruzik ravishda taqsimlaydi. Bu ajralib turadigan provodlarni ishlatish imkonini beradi, unda bir xil tok o'tkazish qobiliyati saqlangan holda material xarajatlari va vaznini kamaytiradi.

4) Liniya uzunligi cheklari

HVAC liniyalari reaktiv quvvat yo'qotishlarga eroshadi, bu yo'qotishlar liniya uzunligi bilan proporsional oshadi. Bu HVAC uzatish masofasiga kritik cheklovlarni o'rnatadi: tepada 500 km dan ortiq masofada, reaktiv quvvat yo'qotishlari juda yuqori bo'lib, tizimni noto'g'rilashtiradi.HVDC uzatish, aksincha, bunday uzunlik cheklari yo'q, bu uni uzoq masofadagi energiya uzatish uchun moslashtiradi.

5) Kaballar reytinqlar talablari kamayishi

Kaballar maksimal qabul qiladigan voltaj va tok reytinqlari bilan belgilanadi. AC sistemalarda, quti voltaj va tok qiymatlari ortalama qiymatlardan (bu haqiqiy uzatilayotgan quvvatga mos keladi) 1.4 martada yuqori. Biroq, provodlar bu quti qiymatlarga mos kelishi kerak.DC sistemalarda, quti va ortalama qiymatlari bir xil. Bu HVDC ning HVAC ga nisbatan kam voltaj va tok reytinqli kaballar bilan bir xil quvvatni uzatish imkonini beradi. Faktan, HVAC sistemalari 30% provodning qobilyatini ularning yuqori quti talablari sababli israf qiladi.

6) Yengilroq orqali o'tish huquqi

"Orqali o'tish huquqi" - bu uzatish infratuzilmani qo'llash uchun talab qilinadigan tor dairasi. HVDC sistemalari kichikroq towerlarni va kamroq provodlarni ishlatadi, shuning uchun ular yengilroq orqali o'tish huquqi talab qiladi.Aksincha, HVAC, ko'proq provodlarni va katta insulyatorlarni (AC quti voltajlar uchun belgilangan) qo'llash uchun balandroq towerlarga ehtiyoj qiladi, bu esa kuchliroq struktura qo'llab-quvvatlash talab qiladi. Bu kengroq pechat xarajatlarni, qurilish xarajatlarni va tor xarajatlarni oshiradi - bu HVDC ni orqali o'tish huquqi samaradorligi bo'yicha yaxshiroq qiladi.

7) Kaballar asosida samarali uzatish

Yerga tortilgan va suzilgan kaballar bir nechta provodlardan iborat, ular orasida insulyatsiya bo'lib, bu parazit kapasitivlik paydo qiladi. Bu kaballar to'liq zaryadlanmaguncha energiyani uzatishi mumkin emas, kapasitivlik (va shunday zaryadlanish toki) kaballar uzunligi bilan oshadi.AC sistemalarda, kaballar qayta-qayta zaryadlanadi va zaryadini yo'qotadi (sekundda 50-60 marta), bu I²R yo'qotishlarni oshiradi va kaballar uzunligini cheklaydi. HVDC kaballar, faqat boshlang'ich energizatsiya yoki o'zgartirishda zaryadlanadi, bu shunday yo'qotishlarni va uzunlik cheklarini bekor qiladi.Bu HVDC ni suzilgan, suzilgan va yerga tortilgan kabel uzatish uchun tanlovi qiladi.

8) Bipolyar uzatish

HVDC aniq uzatish rejimlarini qo'llab-quvvatlaydi, bipolyar uzatish keng qo'llaniladigan va samarali variantdir. U erdan qarama-qarshi poluslarni ega bo'lgan ikkita parallel provodni o'z ichiga oladi, ularning voltajlari yer nisbatan tarazilangan.Agar bir liniya xato qiladi yoki buzilsa, tizim monopolyar rejimga o'tadi: qolgan liniya tokni davom ettiradi, yerini qayta yollantirish uchun ishlatadi.

9) Tok oqimi kontrolli

HVDC konverterlari, chunki ular qatlamli elektronika asosida ishlaydi, AC tarmog'larida tok oqimini aniq kontroll qilish imkonini beradi. Ularning tez o'zgarish qobiliyati (bir tsiklda bir necha marta ishlaydi) garmonik performansni yaxshilaydi, tok salshayotini pasaytiradi va tarmog'ning energiya ta'minlash qobilyatini optimallashtiradi.

10) Tez xato aniqlash

Xato toki - bu elektr xato orqali yuzaga keladigan anormal toki. HVAC sistemalarda, yuqori xato toki uzatish liniyalari, stansiyalar, generatory va yuklarga zarar yetkazishi mumkin.HVDC bunday xavflarni minimal holatga keltiradi: xato toki kam, bu esa aniq qismlarini zarar yetkazishi cheklanadi va tez o'zgarish operatsiyasi tez xato javobini ta'minlaydi, tizimning mustaqil holatini yaxshilaydi.

11) Asinkron tarmoq ulanishi

HVDC asinkron AC tarmoqlarini (masalan, chastota, fazalar) farqli parametrlar bilan ulaydi.Mintaqa ko'pincha farqli chastotalarni (masalan, Evropa 50 Hz, AQSh 60 Hz) ishlatadi, va tarmoqlar fazaviy farqlarga ega bo'lishi mumkin, bu esa to'g'ridan-to'g'ri AC ulanishini mumkin emas qiladi. HVDC, chastota yoki fazaviy cheklovlarsiz ishlaydi, bu esa ushbu mustaqil tizimlarni oson ulaydi.

12) Aqliy tarmoqlarni ta'minlash

Aqliy tarmoqlar kichik hajmdagi generatorlarni (quyosh, shamol, atom) birlashtiradigan, aqliy tok oqimi kontrolli bilan birlashtirilgan umumiy tarmog'a integre qiladi.Bu HVDC bilan amalga oshirilishi mumkin, unda generator birliklarining asinkron ulanishi qo'llaniladi va tok taqsimotini to'liq kontroll qilish imkoniyati bor, bu aqliy tarmoq talablari bilan mos keladi.

13) Pastroq shovqin interferentsiyasi

HVDC, HVAC ga nisbatan yaqin joyda joylashgan aloqa liniyalari uchun aniq kamroq shovqin interferentsiyasini yaratadi.HVAC audibel buzilish, radio va televizor interferentsiyasini yaratadi, intensivlik chastota bilan bog'liq. HVDC, chastotasi nol bo'lgani uchun, aniq kam interferentsiya yaratadi. Qo'shimcha, HVAC shovqin yomon havo sharoitlari uchun oshadi, lekin HVDC shovqin pasayadi, bu esa aniqroq ishga tushishini ta'minlaydi.