Kio estas la Diferencoj Inter HVAC kaj HVDC en Energiotransdonado?

HVAC kaj HVDC malsameco

Elektroenergio generita en elektrovortaroj transdoniĝas sur longaj distancoj al elektraj subŝtacioj, kiuj poste distribuas ĝin al konsumantoj. La voltado uzata por longdistanca potenco-transdonado estas ekstreme alta, kaj ni esploru la kaŭzojn de tiu alta voltado pli frue. Aldone, la transdonata potenco povas esti en formo de alternanta korento (AK) aŭ rekta korento (RK). Do, la potenco povas esti transdonata uzi HVAC (High Voltage Alternating Current) aŭ HVDC (High Voltage Direct Current).

Kial Alta Voltado Necesigas Transdonon?

Voltado ludas gravan rolon en malpliiĝigo de liniaj perdoj, ankaŭ konataj kiel transdonperdoj. Ĉiu elektra konduktoro uzata por potenco-transdonado havas certan kvanton da ohma rezisto (R). Kiam korento (I) fluas tra tiuj konduktoroj, ili produktas termenon, kiu estas esence disvastiĝa energio aŭ potenco (P).

Laŭ Ohm-leĝo

Kiel klare videblas, la disvastiĝinta energio en konduktoro dum transdonado dependas de la korento anstataŭ la voltado. Tamen, ni povas regi la grandon de la korento per voltadkonverto uzante specialigitan equipon.

Dum voltadkonverto, la potenco restas konservita kaj neŝanĝa. La voltado kaj korento simple varias inverse kun la sama faktoro, sekve al la principo:

Ekzemple, 11KW potenco je voltado de 220V havas 50 Amperojn. En tia okazo, la transdonliniaj perdoj estos

Ni pligrandigu la voltadon je faktoro de 10. Do la sama potenco de 11KW havus voltadon de 2200V & 5 Amperoj. Nun la liniaj perdoj estus;

Kiel vi povas vidi, pligrandigo de la voltado signife reduktas la potencoperdojn en transdonlinioj. Do, por malpliigi la korenton en la transdonkabeloj dum daŭrigado de la sama kvanto de potenco-transdonado, ni pligrandigas la voltadon.

La Batalo de la Korentoj (AK kontraŭ RK)

Fine de la 1880-aj jaroj, dum la tiel nomata "Batalo de la Korentoj", rekta korento (RK) unue estis lanĉita por potenco-transdonado. Tamen, ĝi estis konsiderata tre malinefiĉa pro la manko de praktikaj voltadkonverteriloj - malsimile al alternanta korento (AK), kiu povis facile esti ŝtupigita supren aŭ malsupren uzante transformilojn. Fruaj malaltvoltaj DC-elektrcentraloj povis nur subteni elektroenergion en radiuso de kelkaj miloj; pluen, la voltado draste falis, postulante multajn generadstaciojn en malgrandaj areoj - kostega proksimo.

Kvankam alta-voltada DC-transdonado nature havas pli malaltajn perdojn ol AK, fruaj DC-sistemoj baziĝis sur merkurarkvalvoj (rektifikiloj) por konverti altavoltan AC al DC por longdistanca transdonado. Tiuj terminalaj aparatoj estis masivaj, kostemaj, kaj postulis oftan mantenan laboron. Kontraste, AC-transdonado dependis de transformiloj - pli efikaj, aforda, kaj fidindaj - farante AC la dominantan elekton por longdistanca potenco-transdonado tiam.

Elektante inter alta-voltada AC (HVAC) kaj alta-voltada DC (HVDC) por transdonado, pluraj kritikaj faktoroj devas esti konsideritaj. Ĉi artikolo esploras tiujn faktorojn en detalo.

HVAC & HVDC

HVAC (High Voltage Alternating Current) kaj HVDC (High Voltage Direct Current) rilatas al voltadintervaloj uzataj por longdistanca potenco-transdonado. HVDC kutime estas preferata por ultralongaj distancoj (ordinare pli ol 600 km), kvankam ambaŭ sistemoj hodiaŭ amplekse uzatas mondmalte, ĉiu kun siaj propraj avantaĝoj kaj malavantaĝoj.

Transdonkostoj

Longdistanca potenco-transdonado postulas altajn voltadojn, kun potenco transdonata inter terminalaj stacioj, kiuj traktas voltadkonverton. Tiel, la totalaj transdonkostoj dependas de du komponentoj: kostoj de terminalaj stacioj kaj kostoj de transdonlinioj.

• Terminalaj Stacioj
  Terminalaj stacioj konvertas voltadnivelojn por transdonado. Por AK-sistemoj, ĉi tio ĉefe farigas uzante transformilojn, kiuj ŝtupigas inter alta kaj malalta voltado. Por DC-sistemoj, terminalaj stacioj uzas tiristor-bazitajn aŭ IGBT-bazitajn konverterilojn por regi DC-voltadnivelojn.

  Ĉar transformiloj estas pli fidindaj kaj malpli kostemaj ol solidstatkonverteriloj, AK-terminalaj stacioj estas malpli kostemaj ol iliaj DC-analogoj, farante AK-voltadkonverton pli ekonomia.

• Transdonlinioj
  Liniaj kostoj dependas de la nombro de konduktoroj kaj la dizajno de transdonturniloj. HVDC-sistemoj postulas nur du konduktorojn, dum HVAC-sistemoj bezonas tri aŭ pli (inkluzive de bundlitaj konduktoroj por malhelpi korona efektojn).

  AK-transdonturniloj devas subteni pli forta mekanikajn ŝarĝojn, postulante pli forta, pli alta, kaj pli larĝa strukturojn kompare al HVDC-turniloj. Liniaj kostoj pligrandiĝas kun distanco, kaj por 100 km, HVAC-linioj estas signife pli kostemaj ol HVDC-linioj.

• Totalaj Transdonkostoj
  Totalaj kostoj determiniĝas de terminalaj kostoj (fiksaj, sendependaj de distanco) kaj liniaj kostoj (variablaj, pligrandiĝantaj kun distanco). Do, la totala kostoj de transdonsistemo pligrandiĝas kiel distanco pligrandiĝas.

Ekestiga Distanco

La "ekestiga distanco" rilatas al la transdonlongeco super kiu la totala investokosto de HVAC superas tiun de HVDC. Ĉi distanco estas proksimume 400-500 mejloj (600-800 km). Por distancoj super tiu limo, HVDC estas la pli kostefika elekto; por pli mallongaj distancoj, HVAC estas pli ekonomia. Ĉi rilato estas vizualigita en la diagramo supre.

Fleksibileco

HVDC kutime uzatas por punkto-al-punkto longdistanca transdonado, ĉar tapado de potenco en mezpunktoj postulus kosteman konverterilon por ŝtupigi altan DC-voltadon. Kontraste, HVAC oferas pli grandan fleksibilecon: pluraj terminalaj stacioj povas uzadi malcostajn transformilojn por ŝtupigi altajn voltadojn, ebligante potenco-extrakton en diversaj punktoj laŭ la linio.

Potencoperdoj

HVAC-transdonado implicus plurajn specojn de perdoj, inkluzive de korona perdo, skin-effektperdo, radioperdo, kaj induktoperdo, kiuj estas grandparte absenta aŭ minimumigita en HVDC-sistemoj:

• Korona Perdo: Kiam voltado superas kritan limon, la aero ĉirkaŭ konduktoroj ionigas, kreante sparkojn (korona elĉargo) kiuj disvastigas energion. Ĉi perdoj dependas de frekvenco - ĉar DC havas nulan frekvenco, HVAC-korona perdo estas proksimume trioble pli alta ol tiu en HVDC.

• Skin-Effektperdo: En AC-transdonado, la korendenseco estas plej alta ĉe la surfaco de la konduktoro kaj plej malalta ĉe la kerno (la "skin-effekto"), reduktante la efektivan tranĉan areon uzatan por korento-fluo. Ĉi perdo pligrandigas la konduktorreziston kaj amplifas I²R-perdojn. DC-korento, kontraste, distribuiĝas uniforme tra la konduktoro, forigante ĉi effekton.

• Radioperdo kaj Induktoperdo: La alternanta magnetkampo de HVAC kaŭzas, ke longaj transdonlinioj agas kiel antenoj (radiante ne-recuperable energio) kaj induktas korentojn en proksimaj konduktoroj (induktoperdo). La staba magnetkampo de HVDC evitas ambau problemojn.

La Skin-Effekto

La skin-effekto, direktproporcian al frekvenco, forpras la plimulton de AK-korento flui proksime al la konduktora surfaco, lasante la kernon subutiligita. Ĉi reduktas la konduktoraneffektecon: por transporti pli grandajn korentojn, HVAC-sistemoj postulas konduktorojn kun pli granda tranĉa areo, altigante materialajn kostojn. HVDC, neafektita de la skin-effekto, uzas konduktorojn pli efike.

Do, por transporti la saman korenton, HVAC postulas konduktorojn kun pli granda diametro, dum HVDC povas atingi ĉi tion kun pli malgranda diametra konduktoro.

Kabla Korento kaj Voltadtoleranco

Kabloj havas maksimuman tolerantan voltadon kaj korenton. Por AK, la pikkaj voltado kaj korento estas proksimume 1,4 fojojn pli altaj ol iliaj mezaj valoroj (kiuj korespondas al efektive liverita potenco aŭ ekvivalentaj DC-valoroj). Kontraste, DC-sistemoj havas identajn pikajn kaj mezajn valorojn.

Tamen, HVAC-konduktoroj devas esti valoritaj por pika korento kaj voltado, disvastigante proksimume 30% de ilia portkapablo. Kontraste, HVDC utiligas la tutan kapablon de konduktoroj, signifante, ke konduktoro de la sama grando povas transdoni pli da potenco en HVDC-sistemoj.

Pasage-droito

"Pasage-droito" rilatas al la ter-koridoro postulata por transdoninfrastrukturo. HVDC-sistemoj havas pli angustan pasage-droiton pro pli malgrandaj turniloj kaj pli malmultaj konduktoroj (du por DC kontraŭ tri por tri-faza AK). Aldone, AK-insulatoroj sur turniloj devas esti valoritaj por pika voltado, plue pligrandigante ilian piedprinton.

Ĉi pli angusta koridoro reduktas materialajn, konstruajn, kaj terajn kostojn, farante HVDC superiora en terminoj de pasage-droit-efikeco.

Submarina Potenco-Transdonado

Submarinaj kabloj uzataj por marofteca potenco-transdonado havas estran kapacitancon inter paralelaj konduktoroj. Kapacito reagas al voltadŝanĝoj - konstanta en AK (50-60 cikloj je sekundo) sed okazanta nur dum ŝaltado en DC.

AK-kabloj kontinue ŝarĝiĝas kaj malŝarĝiĝas, kaŭzante signifajn potencoperdojn antaŭ liveras potencon al la ricevanta fino. HVDC-kabloj, ŝarĝitaj nur unufoje, eliminas tiajn perdojn. Por pli detale, vidu enhavon pri submarina kablokonostruado, karakterizoj, posedo, kaj konektiloj.

Regulebleco de Potenco-Fluo

HVAC-sistemoj mankas precizan regulon super potenco-fluo, dum HVDC-ligoj uzas IGBT-bazitajn semikonduktaĵ-konverterilojn. Ĉi kompleksaj konverteriloj, ŝaltitaj multfoje je ciklo, optimizas potencodistribuon en la sistemo, plibonigas harmonian performadon, kaj ebligas rapidan faŭltprotekton kaj klarigon - avantaĝoj senegalaj al HVAC.

Interligado de Asinkronaj Sistemoj kaj Smart Grids

Smart grid permesas plurajn generadstaciojn aliĝi al unuigita reto, ekspluatante malgrandajn skala-retojn por alta-potenco-produktado. Tamen, konekti plurajn asinkronajn AK-grids (kun malsama frekvenco aŭ fazo) estas tre malfacila.

Interligado de Asinkronaj Reĝoj

Potenco-retoj mondmalte funkcias je malsama frekvenco - iuj je 50 Hz, aliaj je 60 Hz. Eĉ retoj kun la sama frekvenco povas esti fuŝfaza. Ĉi estas klasifikitaj kiel "asinkronaj sistemoj" kaj ne povas esti konektitaj per normaj AK-ligoj.

DC, tamen, ne estas afektita de frekvenco aŭ fazo. HVDC-interligiloj solvas ĉi tion konvertante AK al frekvenco- kaj faz-neinteresa DC, ebligante sinsekvan integriĝon de asinkronaj grids. Je la ricevanta fino, HVDC-inversiloj konvertas la DC reen al AK kun la postulata frekvenco, faciligante unuigitan potenco-transdonon.

Cirkuitrompiloj

Cirkuitrompiloj estas kritikaj en alta-voltada transdonado, responsaj por malenergizi cirkvitajn vojojn dum faŭltoj aŭ manĝado. Klava postulo estas arkekslingva kapablo por interrompi potenco-fluo.

• HVAC Cirkuitrompiloj: AK-korento kontinuas ŝanĝi direkton, kreante naturajn nul-korenta momentojn (50-60 fojojn je sekundo) kiuj aŭtomate ektingas arkajn. Ĉi "aŭtomate ektinga" trajto simpligas la dizajnon de HVAC-rompiloj, farante ilin relative simplaj kaj kostefikaj.

• HVDC Cirkuitrompiloj: DC-korento estas unudirekta sen naturaj nul-transtiroj. Por ektingi arkajn, speciala cirkvito devas artefarita generi nul-korenta punktoj. Ĉi komplekseco faras HVDC-rompilojn pli komplikaj kaj kostemaj ol iliaj AK-analogoj.

Generado de Interferenco

La alternanta korento de AK produktas konstante variadan magnetkampon, kiu povas indukti interferencon en proksimaj komunikadlinioj. Kontraste, la staba magnetkampo de DC eliminas tian interferencon, certigante minimuman perturbon al apudaj komunikadsistemoj.