Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Провода и кабели | Электрические схемы
Автоматизация | Тренды, актуальные вопросы | Обучение электриков | Вебинары и курсы | Калькулятор по электротехнике | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / Технические и научные статьи / Воздушные линии электропередачи (ВЛЭП) / Как устроены и работают высоковольтные линии электропередачи постоянного тока


 Школа для электрика в Telegram

Как устроены и работают высоковольтные линии электропередачи постоянного тока



Когда речь заходит о передаче электроэнергии на большие расстояния, инженеры и проектировщики энергосистем сталкиваются с вечной дилеммой: использовать ли трёхфазный переменный ток, который доминирует в энергосистемах вот уже более ста лет, или обратиться к постоянному высокому напряжению, о котором в начале двадцатого века мало кто мечтал.

Однако со временем развитие электроники и появление новых полупроводниковых преобразователей сделали системы передачи постоянного тока (HVDC — High Voltage Direct Current) не просто интересным теоретическим решением, но практически необходимым элементом современных энергосистем при передаче огромных объёмов мощности на расстояния свыше 600 километров.

Технологии передачи электроэнергии сверхвысокого напряжения

Высоковольтные линии электропередачи постоянного тока, или, как их сокращённо называют инженеры, ПТВН либо HVDC, используют для передачи электроэнергии постоянный ток вместо привычного нам переменного. Это может показаться парадоксом — ведь вся электротехника построена на переменном токе.

И действительно, на сегодняшний день практически все электростанции вырабатывают электроэнергию на переменном токе, и потребители получают её также на переменном. Но вот для передачи энергии на очень дальние расстояния или под водой постоянный ток оказывается существенно выгоднее. Давайте же разберёмся, почему это происходит, и как устроены эти удивительные системы.

Дилемма переменного и постоянного тока

Исторический экскурс: от идеи к практике

Любопытно, что идея передачи электроэнергии постоянным током весьма стара. Ещё в начале прошлого века, когда изобретатель Никола Тесла вел свои революционные исследования в области беспроводной передачи энергии, инженеры уже задумывались о линиях постоянного тока. Однако в то время это было не более чем теоретическим упражнением.

В 1930-е годы шведская компания ASEA разработала первые практически применимые системы HVDC, основанные на ртутных выпрямителях — тогдашних предшественниках современных тиристоров и IGBT-транзисторов.

В Советском Союзе один из первых в мире линий постоянного тока был введен в строй в 1954 году — это была линия между городами Москва и Кашира, использовавшая немецкую трофейную технику (проект «Эльба»). Мощность её была скромна по современным меркам — всего 20 МВт — но это уже была работающая система. Примерно в то же время в Швеции в 1954 году была построена линия на 10 МВт до острова Готланд. С тех пор технология прошла огромный путь развития.

Сегодня самая длинная HVDC-линия в мире находится в Бразилии и соединяет две гидроэлектростанции («Санту Антониу» и «Жирау») с городом Сан-Паулу. Её протяженность составляет 2400 километров, а передаваемая мощность достигает 3,15 гигаватт! Это стало возможным благодаря развитию силовой электроники, которая позволила создавать управляемые преобразователи огромной мощности.

Эаолюция: от идей Теслы до трансконтинентальных сетей

Почему именно постоянный ток лучше для дальних передач

Чтобы понять преимущества HVDC, нам нужно вспомнить о некоторых свойствах переменного и постоянного токов, которые проявляются особенно ярко при передаче на дальние расстояния.

Начнём с того, что в системах переменного тока существует явление, называемое реактивной мощностью. Если активная мощность — это та, которая совершает полезную работу и превращается в тепло, механическую работу или свет, то реактивная мощность просто циркулирует туда-сюда между источником и потребителем, ничего полезного не делая, но при этом перегружая линии и трансформаторы.

В системе переменного тока при передаче на дальние расстояния реактивная мощность может достигать значительной величины, потребляя часть пропускной способности линии без всякой пользы. Кроме того, сама ёмкость кабеля или воздушной линии переменного тока заставляет накапливаться энергию, создавая дополнительные потери.

В системе постоянного тока всё это исчезает. Реактивная мощность попросту не возникает, так как нет переменного магнитного поля, на которое она бы опиралась. Кроме того, в проводниках, несущих постоянный ток, не возникает опасный скин-эффект — явление, при котором переменный ток вытесняется к поверхности проводника, оставляя его середину практически неиспользованной. Поэтому в системах HVDC можно использовать более тонкие и дешёвые проводники для передачи той же мощности.

Потери энергии при передаче постоянным высоким напряжением составляют в среднем около 3% на каждый километр пути — это существенно меньше, чем в системах переменного тока. Рентабельность передачи постоянным током начинает проявляться на расстояниях свыше 400–600 километров, а при подводной передаче это преимущество становится подавляющим, так как ёмкость подводного кабеля при переменном токе может полностью парализовать систему.

Основная конструкция и схема HVDC

Система HVDC состоит из трёх основных функциональных блоков: выпрямительной станции на стороне источника, самой линии передачи и инвертор-станции на стороне потребителя. Кроме того, в системе присутствуют фильтры, реакторы, разрядники и другие вспомогательные элементы.

Общая архитектура системы HVDC

Выпрямительная станция преобразует трёхфазный переменный ток, поступающий из энергосистемы, в постоянный ток высокого напряжения. Исторически для этих целей использовались ртутные вентили, позже их заменили тиристорные преобразователи, а в современных системах всё чаще применяются полупроводниковые преобразователи на основе IGBT-транзисторов и диодов.

Преобразовательная станция содержит трансформатор, повышающий напряжение переменного тока до требуемого уровня — обычно это 100–500 кВ на переменном токе, который затем выпрямляется. После выпрямления устанавливаются сглаживающие реакторы и фильтры, которые уменьшают пульсации напряжения и предотвращают проникновение высокочастотных помех в окружающие сети. Фильтры также необходимы для защиты от высоких гармоник, которые неизбежно возникают при работе полупроводниковых преобразователей.

На приёмной стороне работает инверторная станция, которая выполняет прямо противоположную функцию: преобразует полученный постоянный ток высокого напряжения обратно в трёхфазный переменный ток требуемого напряжения. Инвертор также требует фильтров и реакторов для подавления высших гармоник и стабилизации напряжения.

Сама линия передачи может быть выполнена либо как воздушная линия на опорах, либо как кабельная линия, проложенная в земле или под водой.

При использовании воздушных линий постоянного тока можно обойтись всего двумя проводами вместо трёх, которые требуются для системы переменного тока. Ещё более экономно — использовать так называемую однополюсную схему с возвратом через землю, когда один провод передаёт ток, а земля служит обратным проводником.

Однако в большинстве систем используется классическая биполярная схема «два полюса — земля», где один провод передаёт ток положительной полярности, второй — отрицательной, а земля служит резервной цепью возврата тока в аварийных режимах.

Технологии преобразования электроэнергии

Схемные варианты HVDC-систем: детальный анализ конструкций

Одной из ключевых особенностей HVDC-системы является огромное разнообразие возможных схемных исполнений. В отличие от трёхфазных систем переменного тока, которые достаточно унифицированы, системы постоянного тока можно компоновать множеством разных способов, каждый из которых оптимален для конкретных условий и требований. Инженеры-электроэнергетики разработали три основных типа схем, при этом каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область её применения.

Биполярная схема — самая универсальная

Биполярная схема является наиболее распространённым и рекомендуемым способом организации HVDC-системы для передачи больших мощностей. Название её говорит само за себя: система состоит из двух полюсов противоположной полярности, работающих при одном и том же уровне напряжения.

Биполярная система

Представим себе конкретный пример: система ±500 кВ. Это означает, что один проводник поддерживается при напряжении +500 кВ относительно земли, а второй — при напряжении -500 кВ относительно земли. Полная разность потенциалов между проводниками составляет таким образом 1000 кВ. Каждый из проводников в такой системе способен передавать полную номинальную мощность.

При нормальной работе в симметричном режиме земля не несёт никакого тока. Ток положительной полярности из выпрямительной станции течёт по положительному проводнику до инвертной станции, где он закорачивается на землю через импедансное заземление инвертной станции (так называемый электрод заземления). Одновременно из земли в точке инвертной станции вытекает ток отрицательной полярности, который следует по отрицательному проводнику обратно к выпрямительной станции.

Это можно представить себе так: система состоит из двух монополярных каналов — «положительный» и «отрицательный» — которые независимо друг от друга передают одинаковую мощность. Такое построение даёт системе замечательное преимущество: если вдруг один из проводников выйдет из строя (например, упадёт ветка дерева и повредит провод), система может продолжить работу в монополярном режиме с использованием оставшегося проводника и земли в качестве обратного пути.

При отказе, скажем, положительного полюса, система переходит на работу с использованием только отрицательного проводника. Ток течёт из выпрямительной станции по отрицательному проводнику до инвертной станции, где он растекается в землю. Земля, в свою очередь, служит проводником возврата тока обратно к электроду заземления выпрямительной станции. Пропускная способность при таком режиме снижается примерно на 50%, но электроэнергия продолжает поступать потребителю.

Разумеется, эта избыточность имеет цену. Заземления в обеих преобразовательных станциях должны быть выполнены чрезвычайно тщательно, так как в монополярном режиме именно они служат проводниками возврата тока.

При проектировании биполярной HVDC-системы мощностью 1500–2000 МВт на напряжение ±500 кВ заземляющие электроды могут быть весьма внушительными — площадь их может составлять несколько гектаров!

Это необходимо для того, чтобы сопротивление между электродом и землёй оставалось достаточно низким (обычно 0,2–0,5 Ом), а растекание тока в земле происходило равномерно и не вызывало опасного повышения потенциала грунта в непосредственной близости от электрода.

Типичный пример биполярной системы — это индийская линия Rihand-Delhi HVDC с номинальной мощностью 1500 МВт при напряжении ±500 кВ, построенная в начале 1990-х годов и до сих пор служащая для передачи электроэнергии от мощной тепловой электростанции в северные районы Индии.

Монополярная схема — экономическая целесообразность и особенности

Монополярная схема представляет собой диаметральную противоположность биполярной по своему устройству. В этом случае система состоит из одного проводника (положительной или отрицательной полярности), который передаёт весь ток, а земля служит обратным проводником на всех этапах работы.

Монополярная система

Такая схема может показаться парадоксальной — как же так, электрический ток требует замкнутую цепь, а здесь используется земля? Однако в действительности это работает. Земля имеет достаточно хорошую проводимость — её электрическое сопротивление обычно составляет менее одного ома на сотни километров пути. При использовании монополярной схемы необходимо, чтобы на обеих концах линии были установлены мощные заземляющие электроды, которые обеспечивают эффективное введение тока в землю и его извлечение.

Экономические преимущества монополярной схемы очевидны: для её построения требуется только один провод вместо двух, нужны более простые и дешёвые опоры, не требуется вся та сложная система управления, которая необходима для балансировки токов двух полюсов в биполярной системе. Поэтому монополярная схема применяется для передачи относительно небольших мощностей (100–300 МВт) на средние расстояния (100–200 км).

Однако у монополярной схемы есть существенный недостаток — большое количество тока течёт через землю. Это создаёт несколько проблем:

Во-первых, существует опасность электрокоррозии подземных металлических сооружений — трубопроводов, кабелей и других инженерных коммуникаций, которые пересекают путь растекания тока в земле. Когда постоянный ток течёт через трубопровод, это может привести к окислению и разрушению стенок трубопровода.

Эта проблема особенно острая в густонаселённых районах, где много подземных коммуникаций. Поэтому при проектировании монополярных систем проводится тщательное картирование всех подземных сооружений в зоне растекания тока, и при необходимости предпринимаются специальные защитные меры — установка дополнительного катодного протектора и т. д.

Во-вторых, при наличии в грунте минерализованных слоёв или грунтовых вод с хорошей проводимостью возникает опасность образования в земле так называемых паразитных замыканий, которые отводят часть тока в сторону и снижают эффективность передачи.

В-третьих, в отличие от биполярной системы, монополярная система не имеет встроенной избыточности. Если в монополярной системе перегорит единственный проводник, весь путь передачи прерывается полностью.

Типичный пример монополярной системы — это канадская вставка постоянного тока Nelson River HVDC, которая используется для передачи мощности от гидроэлектростанций Манитобы. Мощность этой системы составляет примерно 900 МВт при напряжении ±200 кВ.

Трёхполярная (трёхполюсная) схема — инновационное решение

Относительно новое и весьма изящное решение в области HVDC представляет собой трёхполярная схема, запатентованная в 2004 году. Эта схема разработана с целью переоборудования существующих воздушных линий переменного тока на постоянный ток, при этом используя существующие опоры, провода и трассу линии.

Трёхполярная система использует все три провода, которые обычно имеются на линии переменного тока. Два из этих проводников работают в классическом биполярном режиме (один с положительной, один с отрицательной полярностью), а третий проводник функционирует как дополнительный монополь, но с одной особенностью: его полярность периодически переключается. Включены реверсные вентили (тиристоры, включённые в обратной полярности), которые позволяют третьему проводнику передавать ток как положительной, так и отрицательной полярности поочередно.

Суть этого остроумного решения в следующем. В классической биполярной системе из-за требования поддерживать симметричные напряжения оба полюса нагружены одинаково. Однако на практике часто возникают ситуации, когда по какой-то причине нагрузка в системе несбалансирована — например, один из преобразователей работает с меньшей мощностью, чем другой. В этом случае в классической биполярной системе оба полюса вынуждены работать на уровне, определяемом менее нагруженным полюсом. Получается, что один полюс недоиспользуется.

Трёхполярная схема решает эту проблему следующим образом: периодически (несколько раз в минуту) третий полюс переключает полярность, отбирая нагрузку от перегруженного полюса и передавая её на менее нагруженный.

Благодаря такому циклическому переключению среднеквадратичное (по тепловому действию) распределение нагрузки на всех трёх проводниках становится оптимальным. Каждый из трёх проводников работает как бы при номинальном токе, и, что самое важное, третий провод, который обычно вообще не используется при переводе линии с переменного тока на постоянный, становится полнозначным переносчиком мощности.

Расчёты показывают, что при переводе трёхпроводной линии переменного тока на трёхполярную схему HVDC пропускная способность может увеличиться на 80% без каких-либо изменений в конструкции опор, проводов и прочих компонентов линии! Это достигается просто за счёт более интеллигентного использования уже имеющихся возможностей.

Однако трёхполярная система требует значительно более сложной системы управления и защиты, так как необходимо постоянно мониторить нагрузку на каждый полюс и осуществлять высокочастотные переключения полярности. Кроме того, при такой работе возникают дополнительные пульсации напряжения и тока, которые требуют установки мощных фильтров.

Инновационные и экзотические решения

Однопроводная система SWER — экзотический вариант для удалённых районов

Существует ещё одна экзотическая, но весьма практичная схема, называемая SWER (Single Wire Earth Return — однопроводная система с возвратом через землю). Хотя эта система обычно используется не для высоковольтной передачи постоянного тока, а для относительно низковольтного распределения переменного тока в удалённых сельских районах, принцип её работы настолько близок к монополярной HVDC-системе, что её имеет смысл упомянуть здесь.

В системе SWER используется один провод для передачи энергии, а земля служит обратным путём. Система питается через специальный изолирующий трансформатор мощностью до 300 кВА на напряжение 12,7 или 19,1 кВ. Сила тока в системе SWER строго ограничена и не превышает 8 ампер, так как при больших токах сопротивление почвы в точке заземления создаёт опасное повышение потенциала грунта.

Система SWER широко распространена в сельских районах Австралии, Новой Зеландии и некоторых регионах России, где требуется электрифицировать малонаселённые территории при минимальных затратах. Благодаря использованию только одного провода стоимость такой системы существенно ниже, чем стоимость обычной двух- или трёхпроводной линии.

Гибридные и мультитерминальные системы

В некоторых случаях для достижения максимальной гибкости и надёжности используются гибридные и мультитерминальные системы. Мультитерминальная HVDC-система соединяет более двух пунктов в единую сеть. Конфигурация такой сети может быть организована несколькими способами: последовательно (каскадно), параллельно или гибридно.

При последовательной конфигурации преобразовательные станции соединены одна за другой, как звенья цепи. Каждая станция может как отбирать мощность, так и отдавать её в сеть. Недостатком такой конфигурации является то, что отказ одной из промежуточных станций разрывает всю цепь.

При параллельной конфигурации каждая станция соединена с центральной общей шиной (или шинами), к которой подключены все остальные станции. Преимущество такой конфигурации в том, что отказ одной из станций не влияет на работу остальной системы. Недостатком является необходимость наличия мощных шин и сложных систем управления.

Гибридная конфигурация объединяет элементы обеих предыдущих — часть станций соединена последовательно, часть — параллельно. Это позволяет оптимизировать затраты и надёжность в зависимости от конкретной конфигурации энергосистемы.

Примером крупной мультитерминальной системы является канадская HVDC Quebec-New England мощностью 2000 МВт, введённая в строй в 1992 году и являвшаяся долгое время крупнейшей в мире. Эта система соединяет гидроэлектростанции провинции Квебек с центром нагрузки в штате Массачусетс.

Мультитерминальные сети и топология

Выбор схемы: практические соображения

Выбор схемного исполнения HVDC-системы зависит от множества факторов:

  • Величина передаваемой мощности: для мощностей свыше 1500 МВт почти всегда используется биполярная схема, так как она обеспечивает необходимую гибкость и надёжность. Для средних мощностей (300–1500 МВт) может использоваться как биполярная, так и монополярная схема. Для малых мощностей предпочтительнее монополярная или SWER.
  • Длина линии и окружающая среда: для подводных кабелей практически всегда используется биполярная схема, так как использование монополярной схемы под водой создаёт экологические проблемы (растекание тока в водную среду). Для воздушных линий на суше при условии наличия хороших почвенных условий может использоваться монополярная схема.
  • Требования по надёжности и избыточности: если требуется высокая надёжность и возможность работы при отказе одного из элементов системы, то предпочтение отдаётся биполярной схеме. Если допустимо полное прерывание передачи в случае критического отказа, может использоваться монополярная схема.
  • Стоимость и наличие заземляющих электродов: биполярная схема требует качественного заземления на обоих концах, но нормальная работа не зависит полностью от сопротивления заземления (земля используется только как резервный путь). Монополярная схема критически зависит от качества заземления в обеих точках.
  • Экологические требования: использование монополярной схемы в районах с интенсивной подземной коммунальной инфраструктурой нежелательно из-за риска электрокоррозии. В таких случаях предпочтительна биполярная схема.

Таким образом, мир HVDC-схем намного более разнообразен и гибче, чем может показаться на первый взгляд. Каждая схема имеет свою нишу применения, и инженеры-электроэнергетики, проектирующие новые системы, должны тщательно взвешивать все эти факторы, чтобы выбрать оптимальное решение для конкретных условий.

« Подписывайтесь на наши каналы в Telegram: Школа для электрика и Электрика, электромонтажные работы

Управляемые преобразователи и коммутация

Сердцем современной HVDC-системы является управляемый полупроводниковый преобразователь. Если говорить упрощённо, то выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, управляя моментом включения и отключения силовых диодов и транзисторов. Это позволяет не только выпрямить ток, но и регулировать его величину и направление.

В системе тиристорных преобразователей (старые системы) используются запираемые тиристоры, которые управляются изменением угла отпирания — именно этот метод применялся в первых и вторых поколениях HVDC. Выпрямитель и инвертор в этом случае используют одну и ту же схему, просто переключаясь между режимами работы благодаря изменению угла коммутации.

В современных системах используются самозапирающиеся полупроводники — IGBT-транзисторы, которые позволяют более гибко управлять процессом преобразования и значительно улучшают качество выходного напряжения, снижают уровень высших гармоник и позволяют быстро изменять направление потока мощности.

Смотрите подробно здесь: Как устроены силовые преобразовательные устройства для высоковольтных линий постоянного тока

Изоляция и опоры HVDC-линий

Конструкция линии постоянного тока существенно отличается от классической трёхфазной ВЛ. Во-первых, благодаря меньшему количеству проводников HVDC-линии требуют более простых и дешёвых опор. Где для линии переменного тока 220 кВ нужна мощная железобетонная или стальная конструкция высотой под сорок метров, для постоянного тока того же напряжения часто достаточно более лёгкой конструкции.

Вторая особенность — изоляция. В системах переменного тока величина напряжения постоянно меняется, достигая пиковых значений в 1,4 раза больше действующего напряжения. Изоляция должна выдерживать эти пики. В системе постоянного тока напряжение постоянно, поэтому требования к изоляции иные — она должна выдерживать постоянное напряжение нужной величины и одновременно обладать хорошей стойкостью к влаге и загрязнениям, которые накапливаются на изоляторах со временем.

Фарфоровые и полимерные изоляторы, используемые в системах HVDC, специально разработаны с учётом этих требований. Гидрофобные полимерные изоляторы (обычно на основе силикона) особенно хороши тем, что отталкивают влагу и меньше загрязняются, что позволяет обойтись без частой очистки.

Фильтры и сглаживание высших гармоник

Любой полупроводниковый преобразователь неизбежно генерирует высшие гармоники. Если в простом диодном выпрямителе основные гармоники попадают на 5-ю, 7-ю, 11-ю и 13-ю частоты (при сетевой частоте 50 Гц это соответствует 250, 350, 550 и 650 Гц), то с увеличением количества ступеней преобразователя это число растёт.

Для подавления этих помех устанавливаются фильтры двух типов: пассивные и активные. Пассивные фильтры (LC-фильтры) состоят из катушек индуктивности и конденсаторов и настроены на конкретные частоты помех.

Активные фильтры содержат полупроводниковые преобразователи, которые генерируют противофазный ток для компенсации гармоник. Современные системы часто используют комбинацию обоих типов для достижения максимальной эффективности.

Кроме фильтров, обязательно устанавливаются плавно-регулируемые реакторы на выходе выпрямителя и входе инвертора. Они служат для сглаживания пульсаций тока и напряжения, а также для ограничения коммутационных и аварийных токов, которые могут быть весьма значительными в момент переключения.

Изоляция и фильтры

Управление и контроль HVDC-систем

Управление современной системой HVDC — задача весьма сложная. Система должна не только поддерживать определённый уровень напряжения и тока, но и быстро реагировать на возмущения в сети, регулировать направление потока мощности и обеспечивать помехоустойчивость. Для этих целей используются системы автоматического управления, основанные на микроконтроллерах и цифровых сигнальных процессорах.

Один из важных параметров — так называемый минимальный угол коммутации (в системах на тиристорах) или запас устойчивости (в системах на IGBT). Инвертор должен иметь достаточный резерв по углу коммутации для того, чтобы процесс коммутации тока с одного тиристора на другой происходил надёжно и без сбоев. Если этот резерв окажется недостаточным, произойдёт отказ коммутации и ток потечёт неконтролируемо, что может привести к повреждению оборудования.

Также HVDC-система должна взаимодействовать с окружающей её энергосистемой переменного тока. На обеих концах HVDC-линии установлены системы синхронизации и фазовой автоподстройки, которые обеспечивают правильное взаимодействие постоянного тока с трёхфазной сетью. Это особенно важно в аварийных ситуациях, когда напряжение в окружающей сети может резко упасть.

« Углубленное изучение программируемых логических контроллеров (ПЛК) и всех аспектов промышленной автоматизации в Telegram: ПЛК и автоматизация

Преимущества HVDC для современной энергетики

Помимо уже упомянутого снижения потерь при передаче на большие расстояния, HVDC имеет ещё множество преимуществ:

  • Увеличенная пропускная способность. Для той же мощности передачи требуется меньше проводников, проще опоры и меньше занимаемое пространство. Там, где для переменного тока требуется трасса шириной в 30–40 метров, для постоянного тока часто достаточно 15–20 метров.
  • Отсутствие синхронизма между системами. HVDC позволяет соединить две энергосистемы, работающие на разных частотах (например, 50 Гц и 60 Гц) или даже две независимые системы. Инвертор на приёмной стороне может адаптироваться к любым колебаниям напряжения и частоты в окружающей сети.
  • Улучшенная устойчивость. HVDC не вносит вклад в ток короткого замыкания системы, что улучшает устойчивость и предотвращает каскадные отказы сети. При возникновении возмущений в одной части сети HVDC может быстро его подавить, отключив передачу мощности.
  • Подавление колебаний мощности. Благодаря быстродействию полупроводниковых преобразователей HVDC может эффективно гасить колебания мощности, вызванные скачками нагрузки или срабатыванием защит в окружающей сети.
  • Возможность передачи мощности из удалённых источников. HVDC позволяет экономически оправданно передавать энергию от удалённых гидроэлектростанций, геотермальных станций, солнечных и ветровых электростанций расположенных в малонаселённых районах.

Управление и стабильность энергосистемы

Будущее HVDCСовременные тенденции развития HVDC

На сегодняшний день в мировой энергетике наблюдается быстрый рост применения HVDC-технологий. Особенно активно они развиваются в странах, где есть большие удалённые источники возобновляемой энергии — солнечные фермы в пустынях, ветряные фермы на побережье, гидроэлектростанции в горах.

Одно из направлений развития — ультравысокие напряжения (UHVDC — Ultra High Voltage DC), работающие на напряжениях ±500 кВ и выше. Это позволяет ещё больше снизить потери и улучшить экономику передачи на очень дальние расстояния. Китай активно строит системы UHVDC с напряжениями ±800 кВ и даже ±1100 кВ, что позволяет передавать мощности в десятки гигаватт на расстояния свыше 3000 километров.

Другое направление — применение высокотемпературных сверхпроводящих кабелей в системах HVDC. Такие кабели, охлаждаемые жидким азотом, могут передавать мощности в несколько раз больше, чем обычные медные кабели того же сечения, практически без потерь на нагрев. Правда, стоимость таких систем пока остаётся весьма высокой.

Резюме по HVDC

Повный Андрей Владимирович, преподаватель Филиала УО Белорусский государственный технологический университет "Гомельский государственный политехнический колледж"

Телеграмм каналы для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное:

Упростите расчеты электрических цепей с помощью удобного приложения:
Онлайн-калькулятор по электротехнике

Интерактивное веб-приложение: Обучение теоретическим основам электротехники (ТОЭ)

Онлайн-калькулятор освещения: Калькулятор освещения LED-светильниками

Интерактивный инструмент для изучения возобновляемой энергетики: Симулятор микросетей

Для повышения вашей продуктивности: Таймер по методу Pomodoro

Развивайте свои профессиональные навыки:
Каталог обучающих вебинаров и курсов для технических специалистов

Выбирайте удобный формат и темы!