Fordeler med høyspent likestrøms overføringslinjer sammenlignet med vekselstrømslinjer

Etter å ha blitt tradisjonelle høyspentoverføringslinjer, opererer de i dag alltid med vekselstrøm. Men har du noen gang tenkt på fordelene som en høyspent DC-overføringslinje kan gi sammenlignet med en AC-linje? Ja, vi snakker om høyspent likestrøm (HVDC Power Transmission) overføringslinjer.

Selvfølgelig, for dannelsen av en høyspent likestrømslinje, i første omgang, omformere, som ville lage likestrøm fra vekselstrøm og vekselstrøm fra likestrøm. Slike vekselrettere og omformere er dyre, så vel som reservedeler til dem, har overbelastningsbegrensninger, i tillegg må enheten for hver linje være unik uten overdrivelse. Over korte avstander gjør effekttapene i omformerne en slik overføringslinje generelt sett uøkonomisk.

Men i hvilke applikasjoner vil det være å foretrekke å bruke det D.C.? Hvorfor er høy AC-spenning noen ganger ikke effektiv nok? Til slutt, er høyspent likestrømoverføringslinjer allerede i bruk? Vi vil prøve å få svar på disse spørsmålene.

Du trenger ikke gå langt for eksempler. En elektrisk kabel lagt på bunnen av Østersjøen mellom to naboland, Tyskland og Sverige, er 250 meter lang, og hvis strømmen var vekslende, ville den kapasitive motstanden forårsake betydelige tap. Eller når man leverer strøm til fjerntliggende områder når det ikke er mulig å installere mellomutstyr. Også her vil høyspent likestrøm gi mindre tap.

Hva om du trenger å øke kapasiteten til en eksisterende linje uten å sette inn en ekstra? Og når det gjelder å drive AC-distribusjonssystemer som ikke er synkronisert med hverandre?

I mellomtiden, for spesifikk kraft som overføres for likestrøm, ved høy spenning, kreves et mindre tverrsnitt av ledningen, og tårnene kan være lavere. For eksempel kobler den kanadiske bipolen Nelson River Transmission Line sammen distribusjonsnettet og den eksterne kraftstasjonen.

AC strømnett kan stabiliseres uten å øke risikoen for kortslutninger. Koronautladninger, som forårsaker tap i AC-ledninger på grunn av ultrahøye spenningstopper, er mye mindre med DC, tilsvarende mindre skadelig ozon frigjøres. Igjen, redusere kostnadene ved å bygge kraftlinjer, for eksempel tre ledninger er nødvendig for tre faser og bare to for HVDC. Nok en gang er de maksimale fordelene med sjøkabler ikke bare mindre materielle, men også mindre kapasitive tap.

Siden 1997AAB installerer HVDC Light-linjer med effekt opp til 1,2 GW ved spenninger opp til 500 kV. Dermed ble det bygget en 500 MW nominell kraftforbindelse mellom nettene til Storbritannia og Irland.

Denne forbindelsen forbedrer sikkerheten og påliteligheten av strømforsyningen mellom nettene. En av kablene i nettet går fra vest til øst og er 262 kilometer lang, med 71 % av kabelen på havbunnen.

Igjen, husk at hvis vekselstrøm ble brukt til å lade opp kabelkapasitansen, ville det oppstå unødvendige strømtap, og siden strømmen påføres konstant, er tapene ubetydelige. I tillegg bør dielektriske AC-tap heller ikke neglisjeres.

Generelt, med likestrøm, kan mer kraft overføres gjennom samme ledning, fordi spenningstoppene ved samme effekt, men med vekselstrøm, er høyere, i tillegg må isolasjonen være tykkere, tverrsnittet er større, avstanden mellom lederne er større osv. Tatt i betraktning alle disse faktorene gir korridoren til likestrømsoverføringslinjen en tettere overføring av elektrisk energi.

Det lages ikke permanente høyspentlinjer rundt dem lavfrekvent vekselmagnetisk feltsom er typisk for AC-overføringslinjer. Noen forskere snakker om skaden av dette variable magnetfeltet for menneskers helse, for planter, for dyr. Likestrøm skaper på sin side bare en konstant (ikke variabel) elektrisk feltgradient i rommet mellom lederen og bakken, og dette er trygt for helsen til mennesker, dyr og planter.

Stabiliteten til AC-systemer forenkles av likestrøm.På grunn av høy spenning og likestrøm er det mulig å overføre strøm mellom AC-systemer som ikke er synkronisert med hverandre. Dette forhindrer at kaskadeskader sprer seg. Ved ikke-kritiske feil flyttes energien ganske enkelt inn i eller ut av systemet.

Dette øker bruken av høyspente likestrømsnett ytterligere, noe som gir opphav til nye fundamenter.

Siemens omformerstasjon for en høyspent likestrøm (HVDC) overføringslinje mellom Frankrike og Spania

Skjematisk av en moderne HVDC-linje

Energistrømmen reguleres av et kontrollsystem eller konverteringsstasjon. Strømmen er ikke relatert til driftsmåten til systemene koblet til linjen.

Sammenkoblinger på DC-linjer har en vilkårlig liten overføringskapasitet sammenlignet med AC-linjer, og problemet med svake ledd er eliminert. Selve linjene kan utformes under hensyntagen til optimalisering av energistrømmer.

I tillegg forsvinner vanskelighetene med å synkronisere flere ulike styringssystemer for drift av individuelle energisystemer. Raske nødkontroller inkludert Likestrøms elektriske ledninger øke påliteligheten og stabiliteten til det overordnede nettverket. Styring av kraftstrøm kan redusere svingninger i parallelle linjer.

Disse fordelene vil lette raskere bruk av høyspent likestrømsinteraksjon for å bryte store kraftsystemer i flere deler som er synkronisert med hverandre.

For eksempel er det bygget flere regionale systemer i India som er forbundet med høyspent likestrømslinjer.Det er også en kjede av omformere kontrollert av et spesielt senter.

Det er det samme i Kina. I 2010 bygde ABB i Kina verdens første 800 kV ultrahøyspent likestrøm i Kina. 1100 kV Zhongdong — Wannan UHV DC-linjen med en lengde på 3400 km og en kapasitet på 12 GW ble ferdigstilt i 2018.

Fra og med 2020 er minst tretten byggeplasser ferdigstilt EHV DC-linjer i Kina. HVDC-linjer overfører store mengder strøm over betydelige avstander, med flere strømleverandører koblet til hver linje.

Utbyggere av høyspent likestrømsledninger gir som regel ikke allmennheten informasjon om kostnadene for sine prosjekter, da dette er en forretningshemmelighet. Spesifikasjonene til prosjektene gjør imidlertid sine egne justeringer, og prisen varierer avhengig av: strøm, kabellengde, installasjonsmetode, tomtekostnad, etc.

Ved å sammenligne alle aspekter økonomisk, blir det tatt en beslutning om muligheten for å bygge en HVDC-linje. For eksempel krevde byggingen av en fire-linjers overføringslinje mellom Frankrike og England, med en kapasitet på 8 GW, sammen med arbeid på land om lag en milliard pund.

Liste over betydelige høyspennings likestrømprosjekter (HVDC) fra fortiden

På 1880-tallet det var en såkalt strømkrig mellom DC-tilhengere som Thomas Edison og AC-tilhengere som Nikola Tesla og George Westinghouse. DC varte i 10 år, men den raske utviklingen av krafttransformatorer, nødvendig for å øke spenningen og dermed begrense tap, førte til spredning av AC-nettverk. Det var først med utviklingen av kraftelektronikk at bruk av høyspent likestrøm ble mulig.

HVDC-teknologi dukket opp på 1930-tallet. Den ble utviklet av ASEA i Sverige og Tyskland. Den første HVDC-linjen ble bygget i Sovjetunionen i 1951 mellom Moskva og Kashira. Så, i 1954, ble det bygget en ny linje mellom øya Gotland og fastlands-Sverige.

Moskva – Kashira (USSR) — lengde 112 km, spenning — 200 kV, effekt — 30 MW, byggeår — 1951. Den regnes for å være verdens første helstatiske elektroniske høyspent likestrøm, satt i drift. Linjen eksisterer ikke for øyeblikket.

Gotland 1 (Sverige) — lengde 98 km, spenning — 200 kV, effekt — 20 MW, byggeår — 1954. Verdens første kommersielle HVDC-kobling. Utvidet av ABB i 1970, tatt ut av drift i 1986.

Volgograd – Donbass (USSR) — lengde 400 km, spenning — 800 kV, effekt — 750 MW, byggeår — 1965. Den første etappen av 800 kV likestrømsledningen Volgograd — Donbass ble tatt i bruk i 1961, som ble bemerket i pressen på den tiden som en svært viktig stadium i den tekniske utviklingen av sovjetisk elektroteknikk. Linjen er for tiden demontert.

Testing av høyspentlikerettere for en likestrømsledning i VEI-laboratoriet, 1961.

Linjediagram over høyspent likestrøm Volgograd — Donbass

Se: Fotografier av elektriske installasjoner og elektrisk utstyr i USSR 1959-1962

HVDC mellom øyene i New Zealand — lengde 611 km, spenning — 270 kV, effekt — 600 MW, byggeår — 1965. Siden 1992, rekonstruert АBB... Spenning 350 kV.

Siden 1977til nå har alle HVDC-systemer blitt bygget med solid-state-komponenter, i de fleste tilfeller tyristorer, siden slutten av 1990-tallet har IGBT-omformere blitt brukt.

IGBT-omformere ved Siemens omformerstasjon for høyspent likestrøm (HVDC) overføringslinjen mellom Frankrike og Spania

Cahora Bassa (Mozambique - Sør-Afrika) — lengde 1420 km, spenning 533 kV, effekt — 1920 MW, byggeår 1979. Første HVDC med spenning over 500 kV. ABB reparasjon 2013-2014

Ekibastuz – Tambov (USSR) — lengde 2414 km, spenning — 750 kV, effekt — 6000 MW. Prosjektet startet i 1981. Når det settes i drift vil det være den lengste overføringslinjen i verden. Byggeplassene ble forlatt rundt 1990 på grunn av Sovjetunionens kollaps og linjen ble aldri fullført.

Interconnexion France Angleterre (Frankrike – Storbritannia) — lengde 72 km, spenning 270 kV, effekt — 2000 MW, byggeår 1986.

Gezhouba – Shanghai (Kina) — 1046 km, 500 kV, effekt 1200 MW, 1989.

Rihand Delhi (India) — lengde 814 km, spenning — 500 kV, effekt — 1500 MW, byggeår — 1990.

Baltisk kabel (Tyskland - Sverige) — lengde 252 km, spenning — 450 kV, effekt — 600 MW, byggeår — 1994.

Tien Guan (Kina) — lengde 960 km, spenning — 500 kV, effekt — 1800 MW, byggeår — 2001.

Talcher Kolar (India) — lengde 1450 km, spenning — 500 kV, effekt — 2500 MW, byggeår — 2003.

Three Gorges - Changzhou (Kina) — lengde 890 km, spenning — 500 kV, effekt — 3000 MW, byggeår — 2003. I 2004 og 2006.Ytterligere 2 linjer ble bygget fra "Three Gorges" HVDC vannkraftverk til Huizhou og Shanghai i 940 og 1060 km.

Verdens største vannkraftverk, Three Gorges, er forbundet med Changzhou, Guangdong og Shanghai med høyspent likestrømsledninger

Xiangjiaba-Shanghai (Kina) — linjen fra Fulong til Fengxia. Lengden er 1480 km, spenningen er 800 kV, effekten er 6400 MW, byggeåret er 2010.

Yunnan – Guangdong (Kina) — lengde 1418 km, spenning — 800 kV, effekt — 5000 MW, byggeår — 2010.