Ini Adakah Mengapa Sistem Penghantaran HVDC Mengalahkan HVAC Dalam Aplikasi Penting ini

Submission of EIS with Assist Portal (PERKESO) (Julai 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Apa itu HVDC?

Untuk sebahagian besar, kuasa elektrik dihantar di seluruh dunia dengan cara ac. Walau bagaimanapun, terdapat aplikasi tertentu di mana penghantaran dc menawarkan kelebihan ekonomi dan / atau prestasi yang berbeza.

Penjelasan Teknikal Kenapa Sistem Transmisi HVDC Better Than HVAC (pada foto: HVDC (± 350 kV) Pautan antara pulau dan garis pengedaran 11kv, Marlborough, Pulau Selatan, New Zealand; kredit: Aaron LXXXV melalui FLickr)

Aplikasi ini termasuk penghantaran overhead jarak jauh, penghantaran bawah air atau bawah tanah, dan hubungan asynchronous antara sistem kuasa. Aplikasi praktikal pertama penghantaran dc adalah di Sweden pada tahun 1954. Tetapi aplikasi yang lebih luas HVDC bermula setelah tahun 1960.

Hari ini, garisan HVDC digunakan di seluruh dunia untuk menghantar tenaga yang semakin besar ke atas jarak jauh . Di Amerika Syarikat, salah satu saluran penghantaran HVDC yang terkenal ialah Pacific HVDC Intertie, yang menghubungkan California dengan Oregon. Di samping itu, terdapat garis-garis Coal Creek-Dicken ± 400 kV sebagai contoh yang baik untuk sistem HVDC.

Di Kanada, Pulau Vancouver dibekalkan melalui kabel HVDC. Satu lagi sistem HVDC yang terkenal ialah sambungan antara England dan Perancis, yang menggunakan kabel bawah air.

Biasanya, dalam sistem HVDC, voltan ac diperbaiki dan talian penghantaran dc memancarkan tenaga. Sebuah penyongsang yang terletak di penghujung garis penghantaran dc menukarkan voltan dc ke ac, sebagai contoh, Pasifik HVDC Intertie yang beroperasi dengan voltan ± 500 kV dan menghubungkan Southern California dengan stesen hidro di Oregon.

Konduktor yang digabungkan juga digunakan dalam talian penghantaran HVDC.

Kandungan:

  • Penghantaran HVDC overhead
  • Perbandingan Keupayaan Penghantaran Elektrik HVDC dan HVAC
  • Kelebihan HVDC
  • Kelemahan HVDC
  • Projek HVDC yang menarik (VIDEO)

Penghantaran HVDC overhead

Rajah 1 menunjukkan beberapa susunan litar tipikal (pautan) untuk transmisi HVDC. Dalam susunan monopolar, ditunjukkan dalam Rajah 1a, hanya terdapat satu konduktor transmisi (tiang) yang dipasang dan pengembalian tanah digunakan.

Ia adalah pengaturan paling murah, tetapi mempunyai kelemahan tertentu .

Sebagai contoh, ia menyebabkan kakisan paip terkubur, sarung kabel, elektrod tanah, dan lain-lain, disebabkan oleh fenomena elektrolisis yang disebabkan oleh arus balik tanah. Ia digunakan dalam sistem dc yang mempunyai penarafan kuasa yang rendah, terutamanya dengan penghantaran kabel.

Untuk menghapuskan fenomena elektrolisis yang disebutkan di atas, kembalik logam (konduktor) boleh digunakan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1b.

Rajah 1 - Perkiraan litar biasa untuk penghantaran HVDC: (a) pengaturan monopolar dengan penyata tanah, (b) perkiraan monopolar dengan pemulangan logam berasaskan pada satu hujung, dan (c) susunan bipolar

Susunan litar bipolar mempunyai dua konduktor terlindung yang digunakan sebagai tiang ditambah dan tolak. Kedua-dua tiang ini boleh digunakan secara bebas jika kedua-dua neutral diasaskan. Di bawah operasi biasa, arus yang terhutang di setiap tiang adalah sama, dan oleh itu, tidak ada arus tanah.

Di bawah operasi kecemasan, pulangan tanah boleh digunakan untuk menyediakan peningkatan kapasiti penghantaran. Contohnya, jika salah satu daripada dua tiang itu tidak teratur, konduktor yang lain dengan pengembalian tanah boleh membawa kepada jumlah kuasa pautan tersebut. Dalam kes itu, kerugian talian penghantaran dua kali ganda.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1c, voltan undian susunan bipolar diberikan sebagai ± V d (contohnya, ± 500 kV, yang dibaca sebagai tambah dan tolak 500 kV).

Rajah 2 menunjukkan sistem penghantaran dc yang beroperasi dalam mod bipolar.

Adalah mungkin untuk mempunyai dua atau lebih kutub yang semuanya mempunyai polaritas yang sama dan sentiasa mempunyai pengembalian tanah. Pengaturan ini dikenali sebagai susunan homopolar dan digunakan untuk menghantar kuasa dalam sistem dc yang mempunyai penilaian yang sangat besar .

Menara dc biasanya membawa hanya dua konduktor terlindung, dan pengembalian tanah boleh digunakan sebagai konduktor tambahan.

Rajah 2 - Sistem penghantaran dc yang beroperasi dalam mod bipolar

Kembali ke kandungan ↑

Perbandingan Keupayaan Penghantaran Elektrik HVDC dan HVAC

Anggapkan bahawa terdapat dua talian penghantaran yang setanding: satu adalah ac dan satu lagi talian dc. Anggapkan bahawa kedua-dua garis mempunyai panjang yang sama dan dibuat daripada saiz konduktor yang sama dan pemuatan kedua-dua garisan adalah termal termal sehingga arus saya sama dengan rms ac I L.

Juga anggap bahawa garis ac mempunyai tiga fasa dan tiga wayar dan mempunyai faktor kuasa 0.945 dan garis dc adalah susunan litar bipolar dengan dua konduktor.

Tambahan pula, anggap bahawa penebat ac dan dc menahan voltan puncak yang sama ke tanah supaya voltan V d sama dengan √2 kali voltan ac rms .

Oleh itu, dapat ditunjukkan bahawa kuasa dc per konduktor ialah:

P (dc) = V d I d

P (ac) = V (LN) I L cos θ W / konduktor

di mana:

  • V d ialah voltan garis-ke-tanah pada volt
  • V (LN) ialah voltan ac talian ke neutral dalam voltan
  • Saya d ialah arus dc semasa di amperes
  • I L ialah talian ac semasa di amperes

Oleh itu, nisbah kuasa dc per konduktor kepada kuasa ac bagi konduktor (fasa) boleh dinyatakan sebagai:

P (dc) / P (ac) = V d I d / V (LN) I L cos θ

atau

P (dc) / P (ac) = √2 / cos θ

tetapi sejak itu

cos θ = 0.945 maka: P (dc) / P (ac) = 1.5

atau

P (dc) = 1.5 P (ac) W / konduktor

Selain itu, keupayaan penghantaran kuasa keseluruhan bagi garisan dc dan ac boleh dinyatakan sebagai:

P (dc) = 2p (dc) W dan P (ac) = 3p (ac) W

Oleh itu, nisbah mereka boleh dinyatakan sebagai:

P (dc) / P (ac) = (2/3) × p (dc) / p (ac)

Substituting Persamaan P (dc) / P (ac) = 1.5 ke dalam persamaan ini, kita dapat:

P (dc) / P (ac) = (2/3) × 3/2 = 1

atau

P (dc) = P (ac) W

Apakah Ini Beritahu Kami?

Oleh itu, kedua-dua garis mempunyai keupayaan penghantaran yang sama dan boleh menghantar jumlah kuasa yang sama. Walau bagaimanapun, garisan dc mempunyai dua konduktor dan bukannya tiga dan oleh itu hanya memerlukan dua pertiga sebagai penebat.

Oleh itu, menara yang diperlukan dan hak cara lebih sempit dalam garis dc daripada garisan ac. Walaupun kehilangan kuasa per konduktor adalah sama untuk kedua-dua baris, jumlah kehilangan kuasa garis dc hanya dua pertiga daripada garisan ac.

Oleh itu, kajian menunjukkan bahawa garis dc secara umumnya kos kira-kira 33% kurang daripada garis ac yang sama kapasiti. Selain itu, jika garis dc dua-tiang (homopolar) dibandingkan dengan garisan tiga garisan tiga garisan litar, kos talian dc akan kira-kira 45% kurang daripada garisan ac.

Secara umum, kelebihan kos garisan dc meningkat pada voltan yang lebih tinggi. Kerugian kuasa disebabkan oleh fenomena korona lebih kecil untuk dc berbanding dengan garis ac.

Kuasa reaktif yang dihasilkan dan diserap oleh talian penghantaran HVAC boleh dinyatakan sebagai:

Q c = X c V 2 panjang var / unit

atau

Q c = ωCV 2 vars / panjang unit

dan

Q L = X L I 2 panjang / panjang unit

atau

Q L = ωLI 2 vars / panjang unit

di mana:

  • X c adalah reaktan kapasitif garis dalam ohm per unit panjang
  • X L adalah reaktiviti induktif garisan dalam panjang ohm per unit
  • C adalah kapasitansi garis lurus dalam jarak jauh per unit panjang
  • L adalah inductance siri garisan dalam jarak jauh per unit panjang
  • V adalah voltan operasi line-to-line dalam volt
  • Saya adalah arus semasa di amperes

Jika kuasa reaktif yang dihasilkan dan diserap oleh garisan sama dengan satu sama lain,

Q c = Q L

atau

ω c V 2 = ω L I 2

dari mana impedans lonjakan garisan boleh dijumpai sebagai:

Z c = V / I = √ (L / C)

Oleh itu, kuasa yang dipancarkan oleh garis pada impedans gelombang boleh dinyatakan sebagai:

SIL = V 2 LL / Z c W

Ambil perhatian bahawa beban impedans lonjakan (atau beban semulajadi) adalah fungsi voltan dan induktansi garis dan kapasitans.

Walau bagaimanapun, ia bukan fungsi garis panjang. Secara amnya, beban ekonomi talian penghantaran yang diberikan lebih besar daripada SIL. Dalam keadaan ini, kuasa reaktif bersih yang diserap oleh garisan mesti disediakan dari satu atau kedua-dua hujung garisan dan dari kapasitor siri pertengahan.

Oleh itu, kos kapasitor siri dan pampasan reaktor shunt perlu diambil kira dalam perbandingan garisan ac versus dc. Talian dc itu sendiri tidak memerlukan sebarang kuasa reaktif. Walau bagaimanapun, penukar di kedua-dua hujung garisan memerlukan kuasa reaktif dari sistem ac.

Kabel bawah tanah yang digunakan untuk transmisi ac juga boleh digunakan untuk dc, dan mereka biasanya boleh membawa lebih banyak kuasa dc daripada ac kerana ketiadaan pengecasan kapasitif semasa dan penggunaan yang lebih baik penebat dan kurang memakai dielektrik. Walau bagaimanapun, kabel penghantaran HVDC direka agak berbeza daripada kabel penghantaran ac .

Oleh kerana kabel kuasa yang digunakan untuk penghantaran kuasa dc tidak mempunyai arus kebocoran kapasitif, penghantaran kuasa dihadkan oleh kerugian I 2 R sahaja.

Selain itu, kabel sel kapal selam atau bawah tanah sentiasa dikendalikan pada beban yang jauh lebih rendah daripada beban impedans gelombang untuk mengelakkan terlalu panas.

Hasil daripada amalan ini, kuasa reaktif yang dihasilkan dengan mengenakan kapasitansi shunt adalah lebih besar daripada yang diserap oleh induktans siri .

Oleh itu, kompensasi reaktor shunt akan disediakan pada selang masa yang tetap (lebih kurang 20 mi). Secara umumnya, kabel dc tidak mempunyai sekatan seperti itu. Oleh itu, penghantaran kuasa menggunakan kabel dc jauh lebih murah daripada kabel ac.

Kembali ke kandungan ↑

Kelebihan HVDC

Kelebihan utama penghantaran dc dapat diringkaskan seperti berikut:

  1. Sekiranya stesen penukar kos yang tinggi tidak dikecualikan, talian dc dan kabel dc lebih murah daripada talian dan kabel overhead ac. Jarak jarak kira-kira adalah kira-kira 500 batu untuk talian overhead, di antara 15 dan 30 juta untuk kabel bawah laut dan 30 dan 60 juta untuk kabel bawah tanah .

    Oleh itu, sekiranya jarak penghantaran kurang dari jarak pemisah, penghantaran ac lebih murah daripada dc. Jika tidak, penghantaran dc kurang mahal. Jarak rehat yang tepat bergantung pada keadaan tempatan, keperluan prestasi garis, dan menghubungkan ciri sistem ac.

  2. Pautan dc adalah tidak segerak. Iaitu, ia tidak mempunyai masalah kestabilan sendiri.

    Oleh itu, kedua-dua sistem ac yang disambungkan pada setiap hujung pautan dc tidak perlu beroperasi dalam sinkronisasikan antara satu sama lain atau semestinya pada kekerapan yang sama.

  3. Kerugian korona dan keadaan RI lebih baik dalam dc daripada garis ac.
  4. Faktor kuasa garis dc sentiasa bersatu, dan oleh itu, tiada pampasan reaktif
    diperlukan.
  5. Oleh kerana operasi segerak tidak dituntut, panjang garis tidak dibatasi oleh kestabilan.
  6. Interkoneksi dua sistem ak berasingan melalui pautan dc tidak meningkatkan kapasiti litar pintas, dan dengan itu penarafan pemutus litar, sama ada sistem.
  7. Kehilangan garis le lebih kecil daripada garisan ac yang setanding.

Kembali ke kandungan ↑

Kelemahan HVDC

Kekurangan utama penghantaran dc dapat diringkaskan seperti berikut:

  1. Penukar menghasilkan voltan harmonik dan arus pada kedua-dua sudut ac dan dc, dan sebelum itu, penapis diperlukan.
  2. Para penukar menggunakan kuasa reaktif.
  3. Stesen penukar dc adalah mahal.
  4. Pemutus litar dc mempunyai kelemahan berkenaan dengan pemutus litar ac kerana
    dc tidak berkurangan kepada sifar dua kali kitaran, bertentangan dengan ac.

Aplikasi berpotensi untuk penghantaran HVDC di seluruh dunia dan di Amerika Syarikat adalah seperti berikut:

  1. Penghantaran jarak jauh jarak jauh
  2. Kuasa di-makan ke kawasan bandar melalui talian penghantaran atas atau kabel bawah tanah
  3. Hubungan tidak segerak
  4. Sambungan kabel bawah tanah
  5. Hamparan barat daya dan utara-selatan
  6. Rangkaian DC dengan pembohongan yang ditoreh
  7. Penstabilan sistem ac
  8. Pengurangan arus litar pendek dalam menerima sistem ac

Di masa depan, penerapan penghantaran HVDC akan meningkat disebabkan oleh dua sebab berikut:

Alasan # 1 - Ketersediaan dan peningkatan harga import minyak penting menjadikan arang batu dan hidro lebih menarik.

Walau bagaimanapun, kebanyakan loji arang batu dan hidro tersebut terletak jauh dari pusat beban. Penggunaan mereka sering difasilitasi oleh penggunaan talian penghantaran jarak jauh .

Alasan # 2 - Tekanan yang semakin meningkat oleh kebimbangan alam sekitar untuk mencari tanaman baru dari jauh dari kawasan perkampungan padat penduduk.

Oleh itu, mendapatkan tapak untuk loji janakuasa baru menjadi sangat sukar. Kerana kesulitan ini, syarikat utiliti akan dipaksa untuk mencari mereka beberapa ratus batu dari pusat beban mereka.

Oleh itu, perlunya penghantaran jarak jauh yang menjimatkan blok tenaga elektrik yang besar akan semakin menentukan penggunaan talian penghantaran HVDC.

Kembali ke kandungan ↑

Projek HVDC yang menarik (VIDEO)

Interkoneksi HVDC Brazil-Argentina

Stesen back-to-back HVDC yang terletak di antara Brazil dan Argentina melibatkan inovasi yang banyak dalam teknik pembuatan dan pembinaan untuk kedua-dua talian penghantaran dan stesen penukar. Waktu yang dijadualkan untuk menyampaikan hanya 22 bulan.

Fasa pertama mula beroperasi pada tahun 1999 dan fasa kedua pada tahun 2002.

Gotland - projek HVDC Light pertama di dunia

Punca untuk tenaga boleh diperbaharui telah membawa loji kuasa angin ke selatan Gotland, sebuah pulau Sweden di Laut Baltik. Hubungan transmisi antara bagian selatan Gotland dan kota Visby dinilai 50 MW dan mulai beroperasi pada bulan Juni 1999.

Ini adalah pautan HVDC pertama di dunia menggunakan teknologi VSC.

Pautan penghantar Utara-Timur Agra - UHVDC

Pautan luar 800 kV Utara-Timur Agra UHVDC (ultrahigh-voltage direct current) akan mempunyai kapasiti penukar 8, 000 MW, menghantar kuasa hidroelektrik yang bersih, bersamaan dengan pembangkitan 8 kilang kuasa besar, dari rantau timur laut India ke kota Agra, jarak 1, 728 km .

Projek North-East Agra adalah pautan penghantaran kelima HVDC ABB di India.

800 kV HVDC penukar pengubah

Alstom telah mencipta sejarah dengan menghasilkan pengubah penukar 800 kV HVDC yang pertama "dibuat di India" dari kemudahan bertaraf dunia di Vadodara di Gujarat . Transformer penukar adalah sebahagian daripada sistem UHVDC maju 3000MW Power Grid.

Ia memenuhi keperluan pindahan kuasa pukal dari rantau Chhattisgarh - hab Kuasa Bebas

Pengeluar kuasa haba - ke pusat beban yang terletak di wilayah utara negara ini, melalui talian penghantaran 1, 365 km, mewujudkan "lebuh raya tenaga" yang bersih, kuasa yang cekap.

Kembali ke kandungan ↑

Rujukan / // Electrical Electrical Transmission System Engineering by Turan Gönen (Purchase hardcover from Amazon)

Panduan elektrik & artikel berkaitan

CARI: Artikel, perisian & panduan