Wat is die Verskille Tussen HVAC en HVDC in Kragoordrag?

Verskil Tussen HVAC en HVDC

Elektrisiteit wat in kragstasies gegenereer word, word oor groot afstande na elektriese ondertandingse gestuur, wat dit dan aan verbruikers versprei. Die spanning wat vir langafstandse kragvoorsiening gebruik word, is uitermate hoog, en ons sal die redes vir hierdie hoë spanning later ondersoek. Verder kan die gestuurde krag in wisselstroom (AC) of eenrigtingstroom (DC) vorm wees. Daarom kan krag deur middel van HVAC (Hoëspanning Wisselstroom) of HVDC (Hoëspanning Eenrigtingstroom) gestuur word.

Waarom is Hoëspanning Noodsaaklik vir Oordrag?

Spanning speel 'n kritieke rol in die verminder van lynverliese, ook bekend as oordragsverliese. Elke elektriese geleider wat vir kragoordeur gebruik word, het 'n sekere hoeveelheid ohmse weerstand (R). Wanneer stroom (I) deur hierdie geleiders vloei, genereer hulle termiese energie, wat feitlik verspilde energie of krag (P) is.

Volgens Ohm se Wet

Soos duidelik, die energie wat tydens oordrag in 'n geleider verspil word, hang af van die stroom eerder as die spanning. Ons kan egter die grootte van die stroom aanpas deur middel van spanningsoorgang met gespesialiseerde toerusting.

Tydens spanningsoorgang bly die krag bewaar en onveranderd. Die spanning en stroom varieer eenvoudig omgekeerd met dieselfde faktor, volgens die beginsel:

Byvoorbeeld, 11KW krag by 'n spanning van 220v het 50 Amps daarin. In so 'n geval, sal die oordragslynverliese wees

Laat ons die spanning met 'n faktor van 10 verhoog. So die selfde krag van 11KW sou 'n spanning van 2200v & 5 Amps hê. Nou sou die lynverliese wees;

Soos jy kan sien, verhoog die spanning die kragverliese beduidend in oordragslyne. Dus om die stroom in die oordragskabels te verminder terwyl dieselfde hoeveelheid kragoordeur gehandhaaf word, verhoog ons die spanning.

Die Stryd van die Stromings (AC vs. DC)

In die laat 1880's, tydens die sogenaamde "Stryd van die Stromings", was eenrigtingstroom (DC) die eerste om vir kragoordeur ingespan te word. Dit is egter as baie ineffektief beskou vanweë die gebrek aan praktiese spanningsoorgangsapparatuur - anders as wisselstroom (AC), wat maklik op of af gestap kon word met transformateurs. Vroeë laagspannings DC-kragstasies kon net elektrisiteit binne 'n radius van 'n paar myl lewer; daarbuite daal die spanning drasties, wat meervoudige opwekkingsstasies in klein areas vereis het - 'n kostebare benadering.

Terwyl hoëspannings DC-oordrag inherent minder verliese as AC hê, het vroeë DC-stelsels gerek op kwikboogventiele (rektifiers) om hoëspannings AC na DC vir langafstandse oordrag te omskep. Hierdie terminale toestelle was omvangryk, duur en vereis gereeld instandhouding. Inteendeel, AC-oordrag het afhang van transformateurs - meer effektief, betaalbaar en betroubaar - wat AC die dominante keuse vir langafstandse kragoordeur op daardie tyd gemaak het.

Wanneer tussen hoëspannings AC (HVAC) en hoëspannings DC (HVDC) gekies moet word vir oordrag, moet verskeie kritieke faktore oorweeg word. Hierdie artikel ondersoek hierdie faktore in detail.

HVAC & HVDC

HVAC (Hoëspanning Wisselstroom) en HVDC (Hoëspanning Eenrigtingstroom) verwys na spanningbereike wat vir langafstandse kragoordeur gebruik word. HVDC word tipies vir ultra-lange afstande (gewoonlik oor 600 km) voorgetrek, alhoewel beide stelsels wêreldwyd vandag wyd gebruik word, elk met sy eie voordele en nadele.

Oordragskoste

Langafstandse kragoordeur vereis hoë spannings, met krag wat tussen terminale stasies oorgedra word wat spanningsoorgang hanteer. Die totale oordragskoste hang dus af van twee komponente: terminale stasiekoste en oordragslynkoste.

• Terminale Stasies
  Terminale stasies pas spanningvlakke aan vir oordrag. Vir AC-stelsels word dit hoofsaaklik gedoen deur transformateurs, wat tussen hoë en lae spannings switser. Vir DC-stelsels gebruik terminale stasies thyristor- of IGBT-gedrewe omskakelaars om DC-spanningvlakke aan te pas.

  Aangesien transformateurs betroubaarder en goedkoper is as vaste-toestand omskakelaars, is AC-terminale stasies goedkoper as hul DC-tegnoemate, wat AC-spanningsoorgang meer ekonomies maak.

• Oordragslyne
  Lynkoste hang af van die aantal geleiders en die ontwerp van oordrags towers. HVDC-stelsels vereis slegs twee geleiders, terwyl HVAC-stelsels drie of meer nodig het (insluitend bundel geleiders om korona-effekte te verminder).

  AC-oordrags towers moet swaarder meganiese laste dra, wat sterker, langer en wyer strukture vereis as HVDC-towers. Lynkoste neem toe met afstand, en per 100 km is HVAC-lyne beduidend duurder as HVDC-lyne.

• Totale Oordragskoste
  Totale koste word bepaal deur terminale koste (vast, onafhanklik van afstand) en lynkoste (veranderlik, neem toe met afstand). Dus, die totale koste van 'n oordragsstelsel styg as die afstand toeneem.

Gelykmakende Afstand

Die "gelykmakende afstand" verwys na die oordraglengte waarbo die totale beleggingskoste van HVAC dié van HVDC oorskry. Hierdie afstand is ongeveer 400-500 myl (600-800 km). Vir afstande oor hierdie grens is HVDC die meer kosteeffektiewe keuse; vir korter afstande is HVAC meer ekonomies. Hierdie verhouding word visueel illustreer in die grafiek bo.

Flexibiliteit

HVDC word tipies vir punt-na-punt langafstandse oordrag gebruik, aangesien kragtapping by intermediêre punte duur omskakelaars vereis om hoë DC-spannings af te stap. Inteendeel, bied HVAC groter flexibiliteit: meervoudige terminale stasies kan laekostige transformateurs gebruik om hoë spannings af te stap, wat kragtapping by verskeie punte langs die lyn moontlik maak.

Kragverliese

HVAC-oordrag ondervind verskeie tipes verliese, insluitend koronaverliese, vel-effekverliese, stralingverliese en induksieverliese, wat grotendeels afwesig of geminimaliseer is in HVDC-stelsels:

• Koronaverliese: Wanneer spanning 'n kritieke grens oorskry, ioniseer die lug rondom geleiders, wat vonke (korona-ontlaai) skep wat energie verspil. Hierdie verliese is frekwensie-afhanklik - aangesien DC 'n nul frekwensie het, is HVAC-koronaverliese ongeveer drie keer hoër as dié in HVDC.

• Vel-effekverliese: By AC-oordrag is stroomdigtheid die hoogste aan die geleideroppervlak en die laagste in die kern (die "vel-effek"), wat die effektiewe doorsnee-area wat vir stroomvloei gebruik word, verminder. Dit verhoog geleiderweerstand en versterk I²R-verliese. DC-stroom, inteenoortgestelde, verdeel uniform oor die geleider, wat hierdie effek elimineer.

• Straling- en Induksieverliese: HVAC se wisselmagnetiese veld laat lang oordragslyne funksioneer as antennes (strale irrekupererbare energie) en induseer strome in naby geleiders (induksieverliese). HVDC se stabiële magnetiese veld vermy albei probleme.

Die Vel-effek

Die vel-effek, direk eweredig aan frekwensie, dwing die meeste AC-stroom om naby die geleideroppervlak te vloei, wat die kern onderbenut. Dit vermindert geleiderdoeltreffendheid: om groter strome te dra, vereis HVAC-stelsels geleiders met verhoogde doorsnee-area, wat materiaalkoste verhoog. HVDC, wat nie deur die vel-effek beïnvloed word nie, gebruik geleiders meer doeltreffend.

Dus, om dieselfde stroom te dra, vereis HVAC geleiders met 'n groter diameter, terwyl HVDC dit kan bereik met kleiner diameter geleiders.

Kabelstroom en Spanningsratings

Kabels het 'n bepaalde maksimum toelaatbare spanning en stroom. Vir AC is die piekspanning en -stroom ongeveer 1,4 keer hoër as hul gemiddelde waardes (wat ooreenstem met werklike afgelewerde krag of ekwivalente DC-waardes). Inteendeel, het DC-stelsels dieselfde piek- en gemiddelde waardes.

HVAC-geleiders moet egter gerateer wees vir piekstroom en -spanning, wat ongeveer 30% van hul draaikapasiteit verspil. Inteendeel, gebruik HVDC die volle kapasiteit van geleiders, wat beteken dat 'n geleider van dieselfde grootte meer krag kan oordra in HVDC-stelsels.

Regroute

"Regroute" verwys na die grondkoridor wat vir oordragsinfrastruktuur benodig word. HVDC-stelsels het 'n smal regroute as gevolg van kleiner towers en minder geleiders (twee vir DC teenoor drie vir driefase AC). Addisioneel moet AC-isolators op towers gerateer wees vir piekspannings, wat hul voetspoor verder verhoog.

Hierdie smal koridor vermindert materiaal, konstruksie- en grondkoste, wat HVDC voor in terme van regroute-doeltreffendheid maak.

Submarinoordrag

Submarine kabels wat vir see-oordeur gebruik word, het verdwaalde kapasiteit tussen parallel geleiders. Kapasiteit reageer op spanningveranderinge - konstant in AC (50-60 siklusse per sekonde) maar slegs tydens skakeling in DC.

AC-kabels laai en ontlaa kontinu, wat beduidende kragverliese veroorsaak voordat krag aan die ontvangsende oorgeplaas word. HVDC-kabels, wat slegs een keer gelaa word, elimineer sulke verliese. Vir meer besonderhede, verwys na inhoud oor submarine kabelkonstruksie, kenmerke, legging en verbindinge.

Bestuurbaarheid van Kragvloei

HVAC-stelsels het nie presiese bestuur oor kragvloei nie, terwyl HVDC-verbindings IGBT-gedrewe halvoleiers omskakelaars gebruik. Hierdie komplekse omskakelaars, wat meervoudige kere per siklus switser, optimiseer kragverspreiding oor die stelsel, verbeter harmoniese prestasie, en maak spoedige foutbeskerming en skynbaarheid moontlik - voordele wat nie deur HVAC gemeet kan word nie.

Verbinding van Asinkrone Stelsels en Slimme Netwerke

'n Slim netwerk laat meervoudige opwekkingsstasies toe om in 'n geïntegreerde netwerk te voer, wat klein skaal netwerke gebruik vir hoë-kragopwekking. Dit is egter baie uitdagend om meervoudige asinkrone AC-netwerke (met verskillende frekwensies of fases) te verbind.

Verbinding van Asinkrone Netwerke

Kragnetwerke wêreldwyd werk op verskillende frekwensies - sommige op 50 Hz, ander op 60 Hz. Sogar netwerke met dieselfde frekwensie kan uit fase wees. Hierdie word geklassifiseer as "asinkrone stelsels" en kan nie deur standaard AC-verbindings verbind word nie.

DC is egter nie beïnvloed deur frekwensie of fase nie. HVDC-verbindings los hierdie probleem op deur AC om te skakel na frekwensie- en fase-onafhanklike DC, wat naadlose integrasie van asinkrone netwerke moontlik maak. Aan die ontvangsende, HVDC-inverteerders skakel die DC terug na AC met die vereiste frekwensie, wat geïntegreerde kragoordeur moontlik maak.

Sirkuitskruiwers

Sirkuitskruiwers is krities in hoëspanningsoordrag, verantwoordelik vir die de-energiesering van sirkusse tydens foute of instandhouding. 'n Kardinale vereiste is boog-uitskakelvermoë om kragvloei te onderbreek.

• HVAC Sirkuitskruiwers: AC-stroom verander voortdurend rigting, wat natuurlike nul-stroommomente (50-60 keer per sekonde) skep wat boë outomaties uitskakel. Hierdie "self-uitskakel"-kenmerk vereenvoudig HVAC-kruiwerontwerp, wat hulle relatief eenvoudig en kosteeffektief maak.

• HVDC Sirkuitskruiwers: DC-stroom is eenrigting met geen natuurlike nul-kruisinge nie. Om boë uitskakel, moet gespesialiseerde sirkusse kunsmatig nul-stroompunte skep. Hierdie kompleksiteit maak HVDC-kruiwers meer ingewikkeld en duur as hul AC-tegnoemate.

Storing Genereer

AC se wisselstroom produseer 'n voortdurend veranderende magnetiese veld, wat storing in naby kommunikasie-lyne kan induseer. Inteendeel, elimineer DC se stabiele magnetiese veld sulke storing, wat minimale stoornisse aan aangrensende kommunikasiesisteme verseker.