Kelebihan talian penghantaran arus terus voltan tinggi berbanding talian arus ulang-alik

Setelah menjadi talian penghantaran voltan tinggi tradisional, hari ini ia beroperasi sentiasa menggunakan arus ulang alik. Tetapi pernahkah anda terfikir tentang kelebihan yang boleh diberikan oleh talian penghantaran DC voltan tinggi berbanding dengan talian AC? Ya, kita bercakap tentang talian penghantaran Arus Terus Voltan Tinggi (HVDC Power Transmission).

Sudah tentu, untuk pembentukan talian arus terus voltan tinggi, di tempat pertama, penukar, yang akan membuat arus terus daripada arus ulang alik dan arus ulang alik daripada arus terus. Penyongsang dan penukar sedemikian mahal, serta alat ganti untuk mereka, mempunyai batasan beban berlebihan, di samping itu, untuk setiap baris peranti mesti unik tanpa keterlaluan. Dalam jarak yang dekat, kehilangan kuasa dalam penukar menjadikan talian penghantaran sedemikian secara amnya tidak ekonomik.

Tetapi dalam aplikasi mana lebih baik untuk menggunakannya D.C.? Mengapakah voltan AC tinggi kadangkala tidak cukup cekap? Akhir sekali, adakah talian penghantaran arus terus voltan tinggi sudah digunakan? Kami akan cuba mendapatkan jawapan kepada soalan-soalan ini.

Anda tidak perlu pergi jauh untuk contoh. Kabel elektrik yang diletakkan di dasar Laut Baltik antara dua negara jiran, Jerman dan Sweden, adalah sepanjang 250 meter, dan jika arusnya silih berganti, maka rintangan kapasitif akan menyebabkan kerugian yang ketara. Atau apabila membekalkan elektrik ke kawasan terpencil apabila tidak mungkin untuk memasang peralatan perantaraan. Di sini juga, arus terus voltan tinggi akan menyebabkan kehilangan yang lebih sedikit.

Bagaimana jika anda perlu meningkatkan kapasiti talian sedia ada tanpa meletakkan talian tambahan? Dan dalam hal menjanakan sistem pengedaran AC yang tidak disegerakkan antara satu sama lain?

Sementara itu, untuk kuasa khusus yang dihantar untuk arus terus, pada voltan tinggi, keratan rentas wayar yang lebih kecil diperlukan, dan menara boleh menjadi lebih rendah. Contohnya, Talian Penghantaran Sungai Nelson Bipole Kanada menghubungkan grid pengedaran dan stesen janakuasa jauh.

Grid kuasa AC boleh distabilkan tanpa meningkatkan risiko litar pintas. Pelepasan korona, yang menyebabkan kehilangan dalam talian AC disebabkan oleh puncak voltan ultra tinggi, adalah lebih kurang dengan DC, yang juga kurang berbahaya ozon yang dikeluarkan. Sekali lagi, mengurangkan kos membina talian kuasa, contohnya tiga wayar diperlukan untuk tiga fasa dan hanya dua untuk HVDC. Sekali lagi, faedah maksimum kabel dasar selam bukan sahaja kurang bahan, tetapi juga kehilangan kapasitif yang kurang.

Sejak tahun 1997AAB memasang talian Lampu HVDC dengan kuasa sehingga 1.2 GW pada voltan sehingga 500 kV. Oleh itu, rangkaian kuasa nominal 500 MW telah dibina antara grid Great Britain dan Ireland.

Sambungan ini meningkatkan keselamatan dan kebolehpercayaan bekalan elektrik antara rangkaian. Berjalan dari barat ke timur, salah satu kabel dalam rangkaian sepanjang 262 kilometer, dengan 71% kabel di dasar laut.

Sekali lagi, ingat bahawa jika arus AC digunakan untuk mengecas semula kapasitans kabel, akan ada kehilangan kuasa yang tidak perlu, dan kerana arus digunakan secara berterusan, kerugian adalah diabaikan. Di samping itu, kehilangan dielektrik AC juga tidak boleh diabaikan.

Secara umum, dengan arus terus, lebih banyak kuasa boleh dihantar melalui wayar yang sama, kerana voltan memuncak pada kuasa yang sama, tetapi dengan arus ulang-alik, lebih tinggi, di samping itu, penebat mestilah lebih tebal, keratan rentas lebih besar, jarak antara konduktor adalah lebih besar, dsb. Memandangkan semua faktor ini, koridor talian penghantaran arus terus menyediakan penghantaran tenaga elektrik yang lebih padat.

Talian voltan tinggi kekal tidak dibuat di sekelilingnya medan magnet berselang-seli frekuensi rendahseperti biasa talian penghantaran AC. Sesetengah saintis bercakap tentang bahaya medan magnet berubah-ubah ini kepada kesihatan manusia, kepada tumbuhan, kepada haiwan. Arus terus, seterusnya, mencipta hanya kecerunan medan elektrik yang malar (tidak berubah-ubah) dalam ruang antara konduktor dan tanah, dan ini selamat untuk kesihatan manusia, haiwan dan tumbuhan.

Kestabilan sistem AC difasilitasi oleh arus terus.Kerana voltan tinggi dan arus terus, adalah mungkin untuk memindahkan kuasa antara sistem AC yang tidak disegerakkan antara satu sama lain. Ini menghalang kerosakan berlata daripada merebak. Dalam kes kegagalan bukan kritikal, tenaga hanya dialihkan ke dalam atau keluar dari sistem.

Ini meningkatkan lagi penggunaan grid DC voltan tinggi, menghasilkan asas baharu.

Stesen penukar Siemens untuk talian penghantaran arus terus voltan tinggi (HVDC) antara Perancis dan Sepanyol

Skema talian HVDC moden

Aliran tenaga dikawal oleh sistem kawalan atau stesen penukaran. Aliran tidak berkaitan dengan mod operasi sistem yang disambungkan ke talian.

Saling sambungan pada talian DC mempunyai kapasiti penghantaran yang kecil secara sewenang-wenangnya berbanding dengan talian AC, dan masalah pautan yang lemah dihapuskan. Garisan itu sendiri boleh direka bentuk dengan mengambil kira pengoptimuman aliran tenaga.

Di samping itu, kesukaran menyegerakkan beberapa sistem kawalan yang berbeza untuk operasi sistem tenaga individu hilang. Pengawal kecemasan pantas disertakan Wayar elektrik arus terus meningkatkan kebolehpercayaan dan kestabilan rangkaian keseluruhan. Kawalan aliran kuasa boleh mengurangkan ayunan dalam garisan selari.

Kelebihan ini akan memudahkan penggunaan interaksi arus terus voltan tinggi yang lebih pantas untuk memecahkan sistem kuasa besar kepada beberapa bahagian yang disegerakkan antara satu sama lain.

Sebagai contoh, beberapa sistem serantau telah dibina di India yang disambungkan oleh talian arus terus voltan tinggi.Terdapat juga rangkaian penukar yang dikawal oleh pusat khas.

Begitu juga di China. Pada tahun 2010, ABB membina di China arus terus voltan ultra tinggi 800 kV pertama di dunia di China. Talian 1100 kV Zhongdong — Wannan UHV DC dengan panjang 3400 km dan kapasiti 12 GW telah disiapkan pada 2018.

Sehingga 2020, sekurang-kurangnya tiga belas tapak pembinaan telah disiapkan. Talian EHV DC di China. Talian HVDC menghantar sejumlah besar kuasa pada jarak yang ketara, dengan pelbagai pembekal kuasa disambungkan ke setiap talian.

Sebagai peraturan, pemaju talian penghantaran arus terus voltan tinggi tidak memberikan orang ramai maklumat tentang kos projek mereka, kerana ini adalah rahsia perdagangan. Walau bagaimanapun, spesifikasi projek membuat pelarasan mereka sendiri, dan harganya berbeza-beza bergantung pada: kuasa, panjang kabel, kaedah pemasangan, kos tanah, dsb.

Dengan membandingkan semua aspek dari segi ekonomi, keputusan dibuat mengenai kebolehlaksanaan membina talian HVDC. Sebagai contoh, pembinaan talian penghantaran empat talian antara Perancis dan England, dengan kapasiti 8 GW, bersama-sama dengan kerja darat, memerlukan kira-kira satu bilion paun.

Senarai projek Arus Terus Voltan Tinggi (HVDC) penting dari masa lalu

Pada tahun 1880-an berlaku perang arus kononnya antara penyokong DC seperti Thomas Edison dan penyokong AC seperti Nikola Tesla dan George Westinghouse. DC berlangsung selama 10 tahun, tetapi perkembangan pesat pengubah kuasa, yang diperlukan untuk meningkatkan voltan dan dengan itu mengehadkan kerugian, membawa kepada percambahan rangkaian AC. Hanya dengan pembangunan elektronik kuasa bahawa penggunaan arus terus voltan tinggi menjadi mungkin.

teknologi HVDC muncul pada tahun 1930-an. Ia dibangunkan oleh ASEA di Sweden dan Jerman. Barisan HVDC pertama dibina di Kesatuan Soviet pada tahun 1951 antara Moscow dan Kashira. Kemudian, pada tahun 1954, satu lagi laluan dibina antara pulau Gotland dan tanah besar Sweden.

Moscow — Kashira (USSR) — panjang 112 km, voltan — 200 kV, kuasa — 30 MW, tahun pembinaan — 1951. Ia dianggap sebagai arus terus voltan tinggi elektronik statik sepenuhnya pertama di dunia, yang mula beroperasi. Talian itu tidak wujud pada masa ini.

Gotland 1 (Sweden) — panjang 98 km, voltan — 200 kV, kuasa — 20 MW, tahun pembinaan — 1954. Pautan HVDC komersial pertama di dunia. Dikembangkan oleh ABB pada tahun 1970, ditamatkan pada tahun 1986.

Volgograd — Donbass (USSR) — panjang 400 km, voltan — 800 kV, kuasa — 750 MW, tahun pembinaan — 1965. Peringkat pertama talian kuasa 800 kV DC Volgograd — Donbass telah ditugaskan pada tahun 1961, yang dicatatkan dalam akhbar pada masa itu sebagai peringkat yang sangat penting dalam pembangunan teknikal kejuruteraan elektrik Soviet. Talian kini dibongkar.

Pengujian penerus voltan tinggi untuk talian arus terus di makmal VEI, 1961.

Gambarajah garis voltan tinggi arus terus Volgograd — Donbass

Lihat: Gambar pemasangan elektrik dan peralatan elektrik di USSR 1959-1962

HVDC antara pulau-pulau New Zealand — panjang 611 km, voltan — 270 kV, kuasa — 600 MW, tahun pembinaan — 1965. Sejak 1992, dibina semula АBB… Voltan 350 kV.

Sejak tahun 1977sehingga kini semua sistem HVDC telah dibina menggunakan komponen keadaan pepejal, dalam kebanyakan kes thyristor, sejak akhir 1990-an penukar IGBT telah digunakan.

Penyongsang IGBT di stesen penukar Siemens untuk talian penghantaran arus terus (HVDC) voltan tinggi antara Perancis dan Sepanyol

Cahora Bassa (Mozambique - Afrika Selatan) — panjang 1420 km, voltan 533 kV, kuasa — 1920 MW, tahun pembinaan 1979. HVDC pertama dengan voltan melebihi 500 kV. Pembaikan ABB 2013-2014

Ekibastuz — Tambov (USSR) — panjang 2414 km, voltan — 750 kV, kuasa — 6000 MW. Projek ini bermula pada tahun 1981. Apabila ia mula beroperasi, ia akan menjadi talian penghantaran terpanjang di dunia. Tapak pembinaan telah terbengkalai sekitar tahun 1990 kerana keruntuhan Kesatuan Soviet dan talian itu tidak pernah siap.

Interconnexion France Angleterre (Perancis — Great Britain) — panjang 72 km, voltan 270 kV, kuasa — 2000 MW, tahun pembinaan 1986.

Gezhouba — Shanghai (China) — 1046 km, 500 kV, kuasa 1200 MW, 1989.

Rihand Delhi (India) — panjang 814 km, voltan — 500 kV, kuasa — 1500 MW, tahun pembinaan — 1990.

Kabel Baltik (Jerman - Sweden) — panjang 252 km, voltan — 450 kV, kuasa — 600 MW, tahun pembinaan — 1994.

Tien Guan (China) — panjang 960 km, voltan — 500 kV, kuasa — 1800 MW, tahun pembinaan — 2001.

Talcher Kolar (India) — panjang 1450 km, voltan — 500 kV, kuasa — 2500 MW, tahun pembinaan — 2003.

Tiga Gaung — Changzhou (China) — panjang 890 km, voltan — 500 kV, kuasa — 3000 MW, tahun pembinaan — 2003. Pada 2004 dan 2006.2 lagi laluan telah dibina dari loji hidroelektrik HVDC "Three Gorges" ke Huizhou dan Shanghai sejauh 940 dan 1060 km.

Stesen janakuasa hidroelektrik terbesar di dunia, Three Gorges, disambungkan ke Changzhou, Guangdong dan Shanghai melalui talian arus terus voltan tinggi

Xiangjiaba-Shanghai (China) — laluan dari Fulong ke Fengxia. Panjangnya ialah 1480 km, voltan ialah 800 kV, kuasa ialah 6400 MW, tahun pembinaan ialah 2010.

Yunnan — Guangdong (China) — panjang 1418 km, voltan — 800 kV, kuasa — 5000 MW, tahun pembinaan — 2010.