Предимства на високоволтовите преносни линии с постоянен ток в сравнение с променливотоковите линии
Станали традиционни преносни линии за високо напрежение, днес работят неизменно, използвайки променлив ток. Но замисляли ли сте се някога за предимствата, които може да даде високоволтовата преносна линия с постоянен ток в сравнение с променливотоковата линия? Да, говорим за преносни линии с постоянен ток с високо напрежение (HVDC Power Transmission).
Разбира се, за образуването на линия за постоянен ток с високо напрежение, на първо място, преобразуватели, които биха направили постоянен ток от променлив ток и променлив ток от постоянен ток. Такива инвертори и преобразуватели са скъпи, както и резервни части за тях, имат ограничения за претоварване, освен това за всяка линия устройството трябва да бъде уникално без преувеличение. На малки разстояния загубите на мощност в преобразувателите правят такава преносна линия по принцип нерентабилна.
Но в кои приложения ще бъде за предпочитане да се използва D.C.? Защо високото променливо напрежение понякога не е достатъчно ефективно? И накрая, ползват ли се вече преносни линии за високо напрежение с постоянен ток? Ще се опитаме да получим отговори на тези въпроси.
Не е нужно да ходите далеч за примери. Електрически кабел, положен по дъното на Балтийско море между две съседни държави, Германия и Швеция, е дълъг 250 метра и ако токът се редува, тогава капацитивното съпротивление би довело до значителни загуби. Или когато доставяте електричество в отдалечени райони, когато не е възможно да инсталирате междинно оборудване. И тук постоянният ток с високо напрежение ще причини по -малко загуби.
Ами ако трябва да увеличите капацитета на съществуваща линия, без да поставите допълнителна? А в случай на захранване на AC разпределителни системи, които не са синхронизирани помежду си?
Междувременно при специфична мощност, предавана за постоянен ток, при високо напрежение, е необходимо по-малко напречно сечение на проводника, а кулите могат да бъдат по-ниски. Например, канадската преносна линия на река Нелсън биполе свързва разпределителната мрежа и отдалечената електроцентрала.
Електрическите мрежи за променлив ток могат да се стабилизират, без да се увеличава рискът от късо съединение. Коронните разряди, които причиняват загуби в променливотоковите линии поради пикове на свръхвисоко напрежение, са много по-малко при постоянен ток, съответно се отделя по-малко вреден озон. Отново, намалявайки разходите за изграждане на електропроводи, например са необходими три проводника за три фази и само два за HVDC. Още веднъж, максималните ползи за подводните кабели са не само по -малко материали, но и по -малко капацитивни загуби.
От 1997 г. AAB инсталира HVDC Light линии с мощност до 1,2 GW при напрежение до 500 kV. Така беше изградена връзка с номинална мощност 500 MW между мрежите на Великобритания и Ирландия.
Тази връзка подобрява сигурността и надеждността на доставката на електроенергия между мрежите. Провеждайки се от запад на изток, един от кабелите в мрежата е с дължина 262 километра, като 71% от кабела е на дъното на морето.
Още веднъж, не забравяйте, че ако променливият ток беше изразходван за презареждане на капацитета на кабела, щеше да има ненужни загуби на мощност и тъй като токът се прилага постоянно, загубите са незначителни. В допълнение, диелектричните загуби с променлив ток също не трябва да се пренебрегват.
По принцип с постоянен ток може да се предава повече мощност през същия проводник, тъй като пиковете на напрежението при същата мощност, но с променлив ток, са по-високи, освен това изолацията трябва да е по-дебела, напречното сечение е по-голямо, разстоянието между проводниците е по -голямо и т. н. Като се имат предвид всички тези фактори, коридорът на преносната линия за постоянен ток осигурява по -плътно предаване на електрическа енергия.
Около тях не се създават постоянни линии с високо напрежение нискочестотно променливо магнитно полекакто е типично за AC преносните линии. Някои учени говорят за вредата от това променливо магнитно поле за човешкото здраве, за растенията, за животните. Постоянният ток от своя страна създава само постоянен (не променлив) градиент на електрическо поле в пространството между проводника и земята и това е безопасно за здравето на хората, животните и растенията.
Стабилността на AC системите се улеснява от постоянен ток. Поради високото напрежение и постоянен ток е възможно да се прехвърля мощност между променливотокови системи, които не са синхронизирани помежду си. Това предотвратява разпространението на каскадни повреди. В случай на некритични повреди, енергията просто се премества в системата или от системата.
Това още повече стимулира приемането на DC мрежи с високо напрежение, което поражда нови основи.
Конверторна станция на Siemens за преносна линия с постоянен ток с високо напрежение (HVDC) между Франция и Испания
Схема на модерна HVDC линия
Енергийният поток се регулира от система за управление или преобразувателна станция. Потокът не е свързан с режима на работа на системите, свързани към линията.
Междусистемните връзки по линиите с постоянен ток имат произволно малък капацитет на предаване в сравнение с линиите с променлив ток и проблемът със слабите връзки се елиминира. Самите линии могат да бъдат проектирани, като се вземе предвид оптимизирането на енергийните потоци.
Освен това изчезват трудностите при синхронизирането на няколко различни системи за управление за работата на отделните енергийни системи. Включени бързи аварийни контролери Електрически проводници с постоянен ток повишаване на надеждността и стабилността на цялостната мрежа. Контролът на енергийния поток може да намали трептенията в паралелни линии.
Тези предимства ще спомогнат за по -бързото приемане на взаимодействие на постоянен ток с високо напрежение с цел разбиване на големи енергийни системи на няколко части, които са синхронизирани помежду си.
Например в Индия са изградени няколко регионални системи, които са свързани помежду си с линии за високотоково напрежение с постоянен ток. Има и верига от преобразуватели, управлявани от специален център.
Същото е и в Китай. През 2010 годинаАББ построен в Китай първият в света постоянен ток със свръхвисоко напрежение 800 kV в Китай.Линията 1100 kV Zhongdong — Wannan UHV DC с дължина 3400 км и мощност 12 GW е завършена през 2018 г.
Към 2020 г. са завършени най -малко тринадесет строителни обекта.EHV DC линии в Китай. HVDC линиите предават големи количества енергия на значителни разстояния, като към всяка линия са свързани множество доставчици на електроенергия.
По правило разработчиците на високоволтови преносни линии с постоянен ток не предоставят на широката общественост информация за цената на своите проекти, тъй като това е търговска тайна. Въпреки това спецификите на проектите правят свои корекции, а цената варира в зависимост от: мощност, дължина на кабела, метод на инсталиране, цена на земята и т.н.
Сравнявайки икономически всички аспекти, се взема решение относно възможността за изграждане на линия за HVDC. Например изграждането на четирилинейна преносна линия между Франция и Англия, с мощност 8 GW, заедно с работа на сушата, изискваше около милиард паунда.
Списък на значими проекти за високо напрежение с постоянен ток (HVDC) от миналото
През 1880 -те години имаше така наречена война на теченията между поддръжници на DC като Томас Едисон и привърженици на AC като Никола Тесла и Джордж Уестингхаус. DC издържа в продължение на 10 години, но бързото развитие на силови трансформатори, необходимо за повишаване на напрежението и по този начин ограничаване на загубите, доведе до разпространение на мрежите за променлив ток. Едва с развитието на силовата електроника стана възможно използването на постоянен ток с високо напрежение.
HVDC технология се появява през 30 -те години на XX век. Той е разработен от ASEA в Швеция и Германия. Първата линия HVDC е построена в Съветския съюз през 1951 г. между Москва и Кашира. След това, през 1954 г., е построена друга линия между остров Готланд и континентална Швеция.
Москва — Кашира (СССР) — дължина 112 км, напрежение — 200 kV, мощност — 30 MW, година на строителство — 1951. Счита се за първата в света напълно статична електронна високо напрежение постоянен ток с постоянен ток, пуснат в експлоатация. Линията в момента не съществува.
Готланд 1 (Швеция) — дължина 98 км, напрежение — 200 kV, мощност — 20 MW, година на построяване — 1954. Първата в света търговска HVDC връзка. Разширено от ABB през 1970 г., изведено от експлоатация през 1986 г.
Волгоград — Донбас (СССР) — дължина 400 км, напрежение — 800 kV, мощност — 750 MW, година на изграждане — 1965 г. Първият етап на електропровода 800 kV DC Волгоград — Донбас е пуснат в експлоатация през 1961 г., което е отбелязано в пресата на това времето като много важен етап в техническото развитие на съветската електротехника. В момента линията е демонтирана.
Изпитване на токоизправители с високо напрежение за линия с постоянен ток в лабораторията на VEI, 1961 г.
Линейна диаграма на високо напрежение с постоянен ток Волгоград — Донбас
Вижте: Снимки на електрически инсталации и електрическо оборудване в СССР 1959-1962
HVDC между островите на Нова Зеландия — дължина 611 км, напрежение — 270 kV, мощност — 600 MW, година на строителство — 1965. От 1992 г. реконструиран АBB… Напрежение 350 kV.
От 1977 г. насам всички HVDC системи са изградени с помощта на твърдотелни компоненти, в повечето случаи тиристори, от края на 90-те години се използват IGBT конвертори.
IGBT инвертори на конверторната станция на Siemensза преносна линия с постоянен ток с високо напрежение (HVDC) между Франция и Испания
Кахора Баса (Мозамбик — Южна Африка) — дължина 1420 км, напрежение 533 kV, мощност — 1920 MW, година на строителство 1979 г. Първо HVDC с напрежение над 500 kV. Ремонт на ABB 2013-2014
Екибастуз — Тамбов (СССР) — дължина 2414 км, напрежение — 750 kV, мощност — 6000 MW. Проектът започва през 1981 г. Когато бъде пусната в експлоатация, тя ще бъде най -дългата далекопроводна линия в света. Строителните обекти бяха изоставени около 1990 г. поради разпадането на Съветския съюз и линията никога не беше завършена.
Interconnexion Франция Angleterre (Франция — Великобритания) — дължина 72 км, напрежение 270 kV, мощност — 2000 MW, година на строителство 1986 г.
Gezhouba — Шанхай (Китай) — 1046 км, 500 kV, мощност 1200 MW, 1989 г.
Риханд Делхи (Индия) — дължина 814 км, напрежение — 500 kV, мощност — 1500 MW, година на строителство — 1990г.
Балтийски кабел (Германия — Швеция) — дължина 252 км, напрежение — 450 kV, мощност — 600 MW, година на строителство — 1994г.
Тиен Гуан (Китай) — дължина 960 км, напрежение — 500 kV, мощност — 1800 MW, година на строителство — 2001г.
Талчер Колар (Индия) — дължина 1450 км, напрежение — 500 kV, мощност — 2500 MW, година на строителство — 2003.
Три ждрела — Чанчжоу (Китай) — дължина 890 км, напрежение — 500 kV, мощност — 3000 MW, година на строителство — 2003. През 2004 и 2006 г. са построени още 2 линии от водноелектрическата централа «Три клисури» HVDC до Хуейджоу и Шанхай за 940 и 1060 км.
Най-голямата водноелектрическа централа в света, Трите ждрела, е свързана с Чанчжоу, Гуандун и Шанхай чрез високоволтови линии за постоянен ток
Xiangjiaba-Shanghai (Китай) — линията от Фулонг до Фънся. Дължината е 1480 км, напрежението е 800 kV, мощността е 6400 MW, годината на строителство е 2010 г.
Юнан — Гуандун (Китай) — дължина 1418 км, напрежение — 800 kV, мощност — 5000 MW, година на строителство — 2010.