Электр энергияси тарқатишда HVAC ва HVDC орасидаги_farqlar_nima?

HVAC va HVDC orasidagi farq

Elektr stansiyalarda yaratilgan elektr energetik uzak masofalarda elektr tashkilotlariga yetkaziladi, shu tashkilotlar esa uni istemchilarga taqsimlaydi. Uzoq masofadagi elektr yetkazib berish uchun ishlatiladigan voltaj juda yuqori bo'lib, bu yuqori voltajning sabablarini keyinroq ko'rib chiqamiz. Qo'shimcha, yetkazib berilayotgan energiya o'zaro almashtiriluvchi (AC) yoki to'g'ridan-to'g'ri (DC) formada bo'lishi mumkin. Demak, energiya HVAC (Yuqori voltajli o'zaro almashtiriluvchi tok) yoki HVDC (Yuqori voltajli to'g'ridan-to'g'ri tok) yordamida yetkazib berilishi mumkin.

Nega uzluksiz yetkazib berish uchun yuqori voltaj kerak?

Voltaj uzluksiz yetkazib berishda xatoliklarni kamaytirishda muhim rol o'ynaydi. Har bir elektr uzluksiz yetkazib berish uchun ishlatiladigan elektr konduktorining aniq ohmlik qarshilik (R) bor. Agar arus (I) ushbu konduktorlardan o'tsa, ular issiqtiruvchi energiyani yaratadi, bu asosan israf qilingan energiya yoki quvvat (P).

Ohmning qonuni bilan

Ko'rinadigan chekda, uzluksiz yetkazib berish jarayonida konduktor ichidagi israf qilingan energiya arustan boshqa narsadan bog'liq emas, balki voltajdan. Amma biz maxsus jihozlarni ishlatib, arusning hajmini voltaj o'zgartirish orqali moslasha olamiz.

Voltaj o'zgartirish jarayonida, quvvat saqlanib qoladi va o'zgarmaydi. Faqat voltaj va arus bir xil koeffitsiyentga teskari ravishda o'zgaradi:

Masalan, 220v voltajda 11KW quvvat 50 amperni o'z ichiga oladi. Bu holatda, uzluksiz yetkazib berish xatoliklari quyidagicha bo'ladi

Voltajni 10 marta oshiramiz. Shunda 11KW quvvat 2200v voltajda 5 amperga ega bo'ladi. Endi uzluksiz yetkazib berish xatoliklari quyidagicha bo'ladi;

Ko'rinadigan chekda, voltajni oshirish uzluksiz yetkazib berish xatoliklarini aniq qilib kamaytiradi. Shuning uchun, uzluksiz yetkazib berish kabellaridagi arusni kamaytirish uchun, biz voltajni oshirib, bir xil hajmdagi quvvat yetkazib berishini saqlaymiz.

Arus urushi (AC vs. DC)

1880-yillarda, "Arus urushi" deb atalgan davrda, to'g'ridan-to'g'ri tok (DC) birinchi bor elektr yetkazib berish uchun qo'llanildi. Amma bu, praktik voltaj o'zgartirish jihozlarining mavjud emasligi sababli juda tezkor nisbaten samarali deb hisoblandi - o'zaro almashtiriluvchi tok (AC), transformatorlar yordamida asosan oson tarzda yuqoriga yoki pastga o'tkazilishi mumkin. Erkak avvalgi past voltajli DC elektr stansiyalari faqat bir necha mayldagi radiusda elektr yetkazib berishga qodirdi; bundan tashqari, voltaj juda tez pasayardi, shuning uchun kichik hududlarda bir necha generatsiya stansiyalari talab qilindi - bu qimmatli yondashuv.

Yuqori voltajli DC yetkazib berish avtomatik ravishda AC dan kamroq xatoliklarni o'z ichiga oladi, lekin erki DC tizimlari uzluksiz yetkazib berish uchun yuqori voltajli AC ni DC ga o'tkazish uchun mercuriy arkli ventillarni (rectifiers) ishlatishga qaror qildi. Bu terminal qurilmalar juda og'ir, qimmat va tezkor tekshiruv talab qilindi. Aksincha, AC yetkazib berish transformatorlarga asoslangan - bu ko'proq samarali, arzon va ishonchli - bu AC ni uzoq masofadagi elektr yetkazib berish uchun mukhtasar tanlov qildi.

Yuqori voltajli AC (HVAC) va yuqori voltajli DC (HVDC) orasidan tanlashda, bir qator muhim omillarni hisobga olish kerak. Bu maqola ushbu omillarni aniq bayon etadi.

HVAC & HVDC

HVAC (yuqori voltajli o'zaro almashtiriluvchi tok) va HVDC (yuqori voltajli to'g'ridan-to'g'ri tok) uzoq masofadagi elektr yetkazib berish uchun ishlatiladigan voltaj orollarini bildiradi. HVDC adashik 600 km dan uzoq masofalarda tanlanadi, lekin hozirgi kunda dunyo bo'lg'o'nda ikkala tizim ham keng qo'llanilmoqda, har biri o'ziga xos afzalliklari va kamchiliklari bor.

Yetkazib berish xarajatlari

Uzoq masofadagi elektr yetkazib berish uchun yuqori voltaj talab qilinadi, shu bilan birga terminal stansiyalar voltajni o'zgartirish uchun ishlatiladi. Jami yetkazib berish xarajatlari shunday qilib, terminal stansiyalar xarajatlari va uzluksiz yetkazib berish xarajatlari ikki komponentga bog'liq.

• Terminal stansiyalar
  Terminal stansiyalar voltaj darajalarini yetkazib berish uchun o'zgartirish. AC tizimlari uchun, bu asosan transformatorlar yordamida amalga oshiriladi, ular yuqori va past voltajlar orasida o'tish. DC tizimlari uchun, terminal stansiyalar thyristor yoki IGBT asosidagi converterlarni ishlatish orqali DC voltaj darajalarini o'zgartirish uchun foydalanadi.

  Transformatorlar solishtirma qurilmalardan ko'ra ko'proq ishonchli va arzon bo'lgani uchun, AC terminal stansiyalari DC terminal stansiyalardan kamroq narxga solishtiriladi, bu AC voltaj o'zgartirishni arzonroq qiladi.

• Uzluksiz yetkazib berish liniyalari
  Liniya xarajatlari konduktorlar soni va uzluksiz yetkazib berish poyezdlarining dizaynidan qat'iy nihoyat. HVDC tizimlari faqat ikki konduktor talab qiladi, AC tizimlari esa uchta yoki undan ko'proq (korona ta'siri cheklash uchun yig'ilgan konduktorlar bilan birga).

  AC uzluksiz yetkazib berish poyezdlari qattiq mekanik yukni qo'llab-quvvatlashi kerak, shuning uchun HVDC poyezdlariga solishtirilganda kuchliroq, baland va keng strukturalar talab qiladi. Liniya xarajatlari masofaga qarab oshadi, va 100 km gacha, HVAC liniyalari HVDC liniyalardan juda qimmat.

• Jamiy tarqatish narxlar
  Jamiy xarajatlarni terminal xarajatlari (masofadan mustaqil, ozroq o'zgaruvchan) va liniya xarajatlari (masofaga qarab o'suvchi, o'zgaruvchan) aniqlaydi. Demak, tarqatish tizimining jamiy xarajati masofa o'sishi bilan o'sadi.

Tenglangan masofa

"Tenglangan masofa" deb ataladigan masofa, HVACning jamiy investitsiya xarajati HVDCdan oshib ketadigan masofani ifodalaydi. Bu masofa taqriban 400-500 mile (600-800 km) bo'lib, bu chekidan keyin HVDC arzonroq variant bo'lib, bu chekadagi masofalarda HVAC ekonomik jihatdan samaraliroq. Bu munosabat yuqorida berilgan grafikda ko'rsatilgan.

Moslashuvchanlik

HVDC orasidagi masofada energiyani ishlatish uchun qimmataroq konverterlar talab qilinadi, shuning uchun uning asosiy qo'llanilishi uzoq masofadagi nuqtadan nuqtagacha tarqatish bo'lib, HVAC esa katta moslashuvchanlikni ta'minlaydi: bir nechta terminal stansiyalar orqali kam narxlidagi transformatorlar orqali yuqori voltajni pasaytirish mumkin, bu esa liniyaning turli nuqtalarida energiyani chiqarish imkonini beradi.

Energiya yo'qotilishi

HVAC tarqatish jarayonida korona yo'qotilishi, dermis effekti yo'qotilishi, radiatsiya yo'qotilishi va induksiya yo'qotilishi kabi bir nechta turdagi yo'qotilishlar paydo bo'ladi, bu yo'qotilishlar HVDC tizimlarda ya'ni yo'q yoki minimal:

• Korona yo'qotilishi: Kattaroq voltaj chegarasidan o'tkazilganda, konduktorlar atrofida havoni ionlash, ishlab chiqariladigan energiyani sarflaydigan korona aylanmalar paydo bo'ladi. Bu yo'qotilishlar chastotalarga bog'liq - DC-da chastota nol bo'lganligi sababli, HVAC korona yo'qotilishi HVDCga nisbatan uch marta yuqorida.

• Dermis effekti yo'qotilishi: AC tarqatishda, oqim sur'ati konduktor yuzasida eng yuqori, markaziysiga qarab kamayadi (dermis effekti), bu esa effektiv o'tkazish maydonini kamaytiradi. Bu konduktor zarrachiligini oshiradi va I²R yo'qotilishlarini kuchaytiradi. DC oqimi esa, konduktorning butun hajmini bir xil ravishda ishlatadi, bu effektni bekor qiladi.

• Radiatsiya va induksiya yo'qotilishi: HVACning o'zgaruvchi magnit maydoni, uzun tarqatish liniyalari antennenag o'xshash (qaytarilmaydigan energiyani ijtimoiy radiatsiya qiladi) va yaqin joydagi konduktorlarda oqimlarni induktatsiya qiladi (induktsiya yo'qotilishi). HVDCning doimiy magnit maydoni ikkala muammolardan ham nazarat olmaydi.

Dermis effekti

Dermis effekti, chastotalarga proporsional, eng yuqori AC oqimini konduktor yuzasida o'tkazadi, markaziysi ishlatilmaydi. Bu konduktor efektivligini kamaytiradi: katta oqimlarni o'tkazish uchun HVAC sistemalariga eng katta kesma maydoniga ega bo'lgan konduktorlar kerak, bu esa material xarajatlarini oshiradi. HVDC, dermis effektiga ta'sir qilmaydi, konduktorlarni samaraliroq ishlatadi.

Demak, bir xil oqimni o'tkazish uchun, HVAC uzoq diametrli konduktorlarni, HVDC esa kichik diametrli konduktorlarni talab qiladi.

Kabel oqim va voltaj reytinlari

Kabellar maksimal tasavvur etilgan voltaj va oqim reytiniga ega. AC uchun, peak voltaj va oqim ularning o'rtacha qiymatlari (bu haqiqiy yetkaziladigan quvvatga yoki mos DC qiymatlari) ga solishtirilganda taqriban 1.4 marta yuqorida. Biroq, DC tizimlarda peak va o'rtacha qiymatlari bir xil.

Biroq, HVAC konduktorlari peak oqim va voltaj uchun reytinlanishi lozim, bu esa ularning yuborish imkoniyatining 30% dan ortiq qismi ishlatilmaydi. Biroq, HVDC to'liq kapasitetni ishlatadi, bu esa bir xil hajmdagi konduktor HVDC tizimlarda ko'proq quvvatni yuborishi mumkin.

Yo'nalish huquqi

"Yo'nalish huquqi" deb ataladigan, tarqatish infratuzilmasi uchun talab qilingan yer koridorini ifodalaydi. HVDC tizimlari, kichik torlar va kamroq konduktorlar (DC uchun ikki, uch fazali AC uchun uch) sababli daraxtli yo'nalish huquqiga ega. Qo'shimcha, torlardagi AC izolyatorlari peak voltaj uchun reytinlanishi lozim, bu esa ularning pechatini oshiradi.

Bu daraxtli koridor material, qurilish va erkin xarajatlarni kamaytiradi, HVDCni yo'nalish huquqi samaradorligi jihatdan yuqori qilib hisoblanadi.

Deniz alti quvvat tarqatishi

Ofshore quvvat tarqatish uchun ishlatiladigan deniz alti kabellar parallel konduktorlar orasida stravitse kapasitansi mavjud. Kapasitans voltaj o'zgarishiga reaksiya qiladi - AC (sekundda 50-60 tsikl)da doimiy, DCda faqat o'zgartirish paytda.

AC kaballar davra-davra zaryadlanib, tushib boradi, bu esa qabul qiluvchi tomonga yetkazilishi oldidan katta quvvat yo'qotilishiga olib kelaydi. HVDC kaballar, faqat bittagina zaryadlanadi, shunday qilib bu yo'qotilishlarni bekor qiladi. Ko'proq tafsilotlar uchun, deniz alti kabel qurilish, xususiyatlari, egilish va ulash haqida ma'lumotga murojaat qiling.

Quvvat oqimini boshqarish

HVAC tizimlari quvvat oqimini aniq boshqarish imkoniyatiga ega emas, lekin HVDC bog'liqlari IGBT asosidagi poluprovodnik konverterlarni ishlatadi. Bu murakkab konverterlar, tsiklda bir nechta marta o'zgartirish mumkin, tizim bo'lgan quvvat tarqatishni optimallashtirish, garmonik performansni yaxshilash va tez xato himoyasi va tozalashni ta'minlaydi - bu HVACga nisbatan afzallikdir.

Asinxron tizimlarni bog'lash va aqliy tarmog'lar

Aqlli tarmoq bir nechta jeneratsiya stansiyalari orqali birlashtirilgan birlashtirilgan tarmoqga qo'shilish imkonini beradi, kichik o'lchamdagi tarmoqlarni katta quvvatli ishlab chiqarish uchun foydalanadi. Ammo bir nechta asinxron (frekvensiyasi yoki fazasi farqli) AC tarmoqlarini ulash juda murakkab masala hisoblanadi.

Asinxron tarmoqlarning bog'lanishi

Dunyo bo'lg'oquidagi elektr tarmog'lari turli frekvensiyada ishlaydi—bir qismi 50 Hz, boshqalari esa 60 Hz. Hatto bir xil frekvensiyaga ega bo'lgan tarmoqlar ham fazada farq qilishi mumkin. Bu "asinxron tizimlar" deb ataladi va ular standart AC ulanishlari orqali bog'lanishni talab qiladigan shartlarga ega emas.

DC esa frekvensiya yoki fazadan nihoyatda ta'sir qolmaydi. HVDC interlinklari bu muammolarni hal qilish uchun AC ni frekvensiya va fazaga bog'liqsiz DC ga aylantiradi, shuning uchun asinxron tarmoqlar samarali tarzda birlashtiriladi. Qabul qiluvchi tomonda HVDC invertorlari DC ni talab etilgan frekvensiyaga ega bo'lgan AC ga aylantiradi, shu orqali birlashtirilgan quvvat uzatishni ta'minlaydi.

Shuntlar

Shuntlar yuqori quvvatli uzatishda kritik ahamiyatga ega, ular avariyalar yoki texnik xizmatlar davrida markazlarni energiyadan chetlashtirish uchun mas'ul. Asosiy talab - arkalarni buzish qobiliyati, shuntlar orqali energiya uzilishini ta'minlash.

• HVAC Shuntlari: AC toki yo'nalishini doimiy ravishda o'zgartiradi, bu natural nol toki paytlarini (har sekund 50-60 marta) hosil qiladi, bu arkalarni avtomatik ravishda sondiradi. Bu "o'ziga xos sondirish" xususiyati HVAC shuntlari dizaynini relatvili ravishda oddiy va arzon qiladi.

• HVDC Shuntlari: DC toki yo'nalishini o'zgartirmaydi va uning ichida natural nol kesishmalar yo'q. Arklarni sondirish uchun maxsus shemalar orqali nol toki nuqtalarni yaratish kerak. Bu komplekslik HVDC shuntlarini AC shuntlardan nisbatan murakkab va qimmatroq qiladi.

Tasir yaratish

AC ning o'zgaruvchi toki doimiy o'zgaruvchi magnit maydonni yaratadi, bu yaqin joyda joylashgan aloqa chiziqlarida tasir yaratishi mumkin. Aksincha, DC ning doimiy magnit maydoni bunday tasirlarni bekor qiladi, yaqin joyda joylashgan aloqa tizimlariga minimal ta'sir qiladi.