Hvað eru munirnir á HVAC og HVDC í orkutengingum?

Munur á milli HVAC og HVDC

Rafmagn sem er framleitt í rafmagnastöðum fer yfir löng dálkvídd til rafmagnsundirstöðva, sem svo dreifa það að neytendum. Spennan sem notuð er fyrir löng dálkvídd er mjög há, og við skoðum að ofan af hverju hún er svona há. Auk þess getur aflin verið í formi afveksandi straums (AC) eða beinnstraums (DC). Því miður getur afl verið send með annað hvort HVAC (Háspenna Afveksandi Straumur) eða HVDC (Háspenna Beinnstraumur).

Af hverju er Há Spenna Nefnileg fyrir Sendingu?

Spenna spilar mikilvægar hlutverk í minnka línu tap, sem eru einnig kölluð sendingar tap. Hver rafmagnsleiðandi sem notuð er fyrir rafmagnssendingu hefur ákveðna mækihætti (R). Þegar straumur (I) fer gegnum þessa leiðandi, mynda þeir hitakerfi, sem er í raun spilorð afl eða orku (P).

Eftir Ohm's Lög

Svo sem sýnt er, mun afl sem er spilið í leiðandi við sendingu haga við strauminn ekki spennun. En við getum breytt stærð straumsins með spennubreytingu með sérstökum tækjum.

Á meðan spennubreyting gerist, er orka samræmd og óbreytt. Spenna og straumur bera einfaldlega andhverflega saman með sama tölu, eftir reglunni:

Til dæmis, 11KW orka við spennu 220v hefur 50 Amps. Í slíku tilfelli verða sendingar línutap

Látum okkur hækka spennuna með fjólfaldi. Svo sama orkan 11KW myndi hafa spennu 2200v & 5 Amps. Nú verða línutap;

Svo sem sýnt er, hækkar spennan mun að minnka orku tap á sendingar línunum. Til að minnka strauminn í sendingar snörunum en halda sömu orku sendingu, hækka við spennunina.

Stríðið um Strauma (AC vs. DC)

Í seinu 1880 árum, í kallaðu "Straumastríðinu", var beinnstraumur (DC) fyrsti sem var notaður fyrir rafmagnssendingu. En hann var fundinn mjög óþægilegur vegna brúðlaust praktafla spennubreytingartækja - ekki eins og afveksandi straumur (AC), sem var auðvelt að hækka eða lætka með spennubreytilegum tækjum. Fyrstu lágspennu DC rafmagnastöðvar gátu aðeins veitt rafmagn innan radíus af nokkrum mílum; öfugt, spennan fór niður drástískt, sem krafði margar framleiðslustöðvar í litlum svæðum - kostsamur aðferð.

En nú er hærspennu DC sending með sjálfgefnum lægri tap en AC, fyrstu DC kerfi voru byggðir á kvikasil arkvalvm (rectifiers) til að breyta háspenna AC í DC fyrir löng dálkvídd. Þessi endastöðutækjana voru þung, dýr og nauðsynlegt oft keyrsla. Í mótsögu, AC sending gerðist með spennubreytilegum tækjum - meiri efni, afhenta og traust - sem gerði AC að valinu fyrir löng dálkvídd rafmagnssendingu á þeim tíma.

Þegar valið er á milli háspenna AC (HVAC) og háspenna DC (HVDC) fyrir sendingu, þarf að skoða mörg kritísk orð. Þetta grein skoðar þessi orð í smáatriðum.

HVAC & HVDC

HVAC (Háspenna Afveksandi Straumur) og HVDC (Háspenna Beinnstraumur) merkir spennuvídd sem notuð er fyrir löng dálkvídd rafmagnssendingu. HVDC er venjulega valið fyrir mjög löng dálkvídd (venjulega yfir 600 km), en bæði kerfi eru víða notað saman allan heim nú á dag, hvort með sér eigin kosti og vaningi.

Sendingarkostnaður

Löng dálkvídd rafmagnssending krefst hára spenna, með orku sem fer á milli endastöðva sem vinna spennubreytingu. Heildar sendingarkostnaður fer eftir tvöum atriðum: endastöðvakostnaður og sendingarlínukostnaður.

• Endastöðvar
  Endastöðvar breyta spennuvídd fyrir sendingu. Fyrir AC kerfi, er þetta aðallega gert með spennubreytilegum tækjum, sem hækka eða lætka spennu. Fyrir DC kerfi, notuð eru endastöðvar með thyristor eða IGBT-based converters til að stilla DC spennu.

  Þar sem spennubreytileg tækjum eru meira traust og sífelltar en sólstofna breytilæti, eru AC endastöðvar sífelltar en DC endastöðvar, sem gerir AC spennubreytingu meira afköst.

• Sendingarlínur
  Línukostnaður fer eftir fjölda leiðanda og hönnun sendingar torga. HVDC kerfi þurfa bara tveim leiðendur, en HVAC kerfi þurfa þrjár eða fleiri (með bundnar leiðandi til að minnka corona áhrif).

  AC sendingar torga þurfa að stýrja þunga verkhluta, sem krefst sterkari, hærri og breiðari byggingar heldur en HVDC torga. Línukostnaður stígur með dálkvídd, og á 100 km, HVAC línur eru siðgreint dýrari en HVDC línur.

• Heildar Sendingarkostnaður
  Heildarkostnaður er ákveðinn af endakostnað (fastur, óháður dálkvídd) og línukostnað (breytilegur, stígur með dálkvídd). Þannig, heildarkostnaður sendingarkerfis stígur eins og dálkvídd stigrar.

Jafnvæg Dálkvídd

"Jafnvæg dálkvídd" merkir sendingar lengd sem fer yfir hvorki heildar fjárfestingarkostnaður HVAC fer yfir HVDC. Þessi dálkvídd er um 400-500 míl (600-800 km). Yfir þessa markmið, er HVDC kosteftnara val; fyrir styttri dálkvídd, er HVAC meira afköst. Þessi tengsl er sýnt í graf sem er að ofan.

Fleksibiliti

HVDC er venjulega notað fyrir punkt-till-punkt löng dálkvídd sendingu, sem tapa orku á miðpunkti væri kostsamt converters til að lætka há DC spennu. Í mótsögu, HVAC býður upp á meiri fleksibiliti: margar endastöðvar geta notuð sífelltar spennubreytileg tækjum til að lætka há spennu, sem leyfir orku að draga úr ýmsum punktum á línunni.

Orku Tap

HVAC sending fer með mörg tegund af tap, þar á meðal corona tap, skin effect tap, geislun tap, og induction tap, sem eru mest af staðbundið eða minnst í HVDC kerfum:

• Corona Tap: Þegar spenna fer yfir ákveðin markmið, ionizera loft sem er um leiðandi, mynda blám (corona discharge) sem spila orku. Þessi tap er frekari háð - þar sem DC hefur núll frekari, HVAC corona tap er um þrjú sinnum hærri en í HVDC.

• Skin Effect Tap: Í AC sending, er straumþéttasta á yfirborði leiðandi og lægsta í kjarni (skin effect), sem minnkar virka þvermál sem notað er fyrir straum. Þetta stígur leiðandi motstand og stækka I²R tap. DC straum, á hins vegar, dreifast jafnt yfir leiðandi, sem eyðir þessum áhrifum.

• Geislun og Induction Tap: HVAC afveksandi magnettala leiðir til að langar sendingarlínur virka sem antenner (geislun ógæfanlega orku) og framleiða straum í nálægum leiðandi (induction tap). HVDC fast magnettala komast í veg fyrir bæði vandamál.

Skin Effect

Skin effect, beint háð frekari, býður upp á að mest AC straum fer nær yfirborði leiðandi, sem látrar kjarni ónota. Þetta minnkar leiðandi efni: til að draga stærri straum, HVAC kerfi þurfa leiðandi með stærri þvermál, sem stigur efnaverð. HVDC, sem er óháð skin effect, notar leiðandi meira efni.

Svo, til að draga sama straum, HVAC þarf leiðandi með stærri þvermál, en HVDC getur náð þessu með minni þvermál leiðandi.

Snaran Straum og Spennu Merkingar

Snaran hafa merkt hæsta dulstillanlega spennu og straum. Fyrir AC, eru topp spennu og straum um 1.4 sinnum hærri en meðaltal gildi (sem svara til raunverulega orku sem sent er eða jafngild DC gildi). Í mótsögu, DC kerfi hafa sama topp og meðaltal gildi.

En HVAC leiðandi verða merkt fyrir topp straum og spennu, sem spila um 30% af þeirra bæringargildi. Í mótsögu, HVDC notar fullt bæringargildi leiðandi, sem þýðir að sama stærð leiðandi getur sent meira orku í HVDC kerfum.

Rétt á Veggspjald

"Rétt á veggspjald" merkir landsgötunaröð sem krafist er fyrir sendingarbyggingar. HVDC kerfi hafa snægri rétt á veggspjald vegna minni torga og færri leiðandi (tveir fyrir DC vs. þrír fyrir three-phase AC). Auk þess, AC insulators á torgum verða merkt fyrir topp spennu, sem stigur þeirra fotspor.

Þessi snægra gögn minnka efnaverð, byggingar, og landakostnað, sem gerir HVDC betri í þessu hluti.

Undirsjó Rafeðsla

Undirsjós snarar sem notaðar eru fyrir útvarps rafmagnssending hafa viljandi kapasitans á milli parallella leiðanda. Kapasitans reynir spennubreytingar - fast í AC (50-60 sinnum á sekúndu) en aðeins kemur við vegna switching í DC.

AC snarar hleða og hlaða óhætt, sem valdar mikil orku tap áður en orka er sent til mótteknara. HVDC snarar, sem eru aðeins hleðnar einu sinni, eyða slíka tap. Fyrir meira upplýsingar, sjá efni um undirsjós snarar bygging, eigindi, lögning, og tengingar.

Stjórnun Straumflæðis

HVAC kerfi hafa ekki nógu nákvæm stjórnun yfir straumflæði, en HVDC tenglar notuðu IGBT-based semiconductor converters. Þessi flóknar breytilæti, sem hægt er að skipta mörgum sinnum á hverri cyklus, optima straumflæði yfir kerfin, bæta harmonic performanci, og leyfa hratt villa protection og clearance - kostir sem ekki finnst í HVAC.

Samþætting Asynchronous Kerfa og Smart Grids

Smart grid leyfir margar framleiðslustöðvar að leggja til að sameinuð net, sem notar litlum nets fyrir háorða framleiðslu. En samþætting margra asynchronous AC grids (með misserst frekari eða fasar) er mjög erfitt.

Samþætting Asynchronous Grids

Rafmagnsnet alls kyns keyra á mismunandi frekari - sumir á 50 Hz, aðrir á 60 Hz. Jafnvel net með sama frekari gætu verið ósamanfengin. Þessi eru flokkuð sem "asynchronous systems" og ekki hægt er að tengja þau með venjulegum AC tengingar.

DC, á hins vegar, er óháð frekari eða fasar. HVDC tenglar leysa þetta með því að breyta AC í frekari-og-fasa-óáhætta DC, sem leyfir sömu rafmagnssendingu. Á mótteknara, HVDC inverter breyta DC aftur í AC með nauðsynlegu frekari, sem leyfir sameinuð rafmagnssendingu.

Brytur

Brytur eru mikilvæg í háspenna sending, sem ákveða að de-energize circuits við villur eða viðhald. Mikilvæg krav er arc-extinguishing capability til að hætta straumflæði.

• HVAC Brytur: AC straumur snýr átt áfram, sem býður upp á náttúruleg zero-current moments (50-60 sinnum á sekúndu) sem sjálfkrafa extinguish arcs. Þessi "sjálfkrafa extinguishing" einkenni einfaldar HVAC brytudesign, sem gerir þá sífelltar og kosteftnara.

• HVDC Brytur: DC straumur er einbeiningar með engar náttúrulegar zero crossings. Til að extinguish arcs, verður sérstakt circuitry að artificially generate zero-current points. Þessi flóknar gerir HVDC brytur meiri flóknar og dýrari en AC brytur.

Interference Generation

AC afveksandi straumur mynda óhætt breytandi magnettala, sem gæti framleitt interference í nálægum communication lines. Í mótsögu, DC fast magnettala eyðir slíka interference, sem tryggir minnst brot á nálægum communication kerfum.