Войти
Междугородные линии HVDC, несущие гидроэлектроэнергию из Канады Нельсон Ривер на эту преобразовательную подстанцию , где она преобразуется в переменный ток для использования в энергосистеме A высоковольтного постоянного тока на юге Манитобы (HVDC ) Система передачи электроэнергии (также называемая супермаралью или супермаралью ) использует постоянный ток (DC) для основной передачи электроэнергии, в отличие от более распространенных систем переменного тока (переменный ток).
Большинство линий ВНПТ используют напряжение от 100 кВ до 800 кВ. Линия 1100 кВ в Китае была завершена в 2019 году на протяженности 3300 км мощностью 12 ГВт. Благодаря этому измерению становятся возможными межконтинентальные соединения, которые могут помочь справиться с колебаниями ветровой энергии и фотоэлектрической.
HVDC разрешенной продукцией между несинхронизированными системами передачи переменного тока. Потоком мощности через линию HVDC можно независимо от фазового угла между устройством и нагрузкой, это может быть стабилизировать сеть от помех из-за быстрых изменений мощности. HVDC также системы передачи данных, работающими на разных частотах, например, 50 и 60 Гц. Это улучшает стабильность и экономичность каждой сети, позволяя обмениваться мощностью между несовместимыми сетями.
В современной форме передачи HVDC используется технология, широко разработанная в 1930-х годах в Швеции (ASEA ) и в Германии. Ранние коммерческие установки включаются одну в Советском Союзе в 1951 году между Москвой и Каширой, и системой 100 кВ, 20 МВт между Готландом и материковая Швеция в 1954 году. До китайского проекта 2019 года самой длинной линией постоянного тока высокого напряжения в мире была линия Рио-Мадейра в Бразилии, которая состоит из двух биполей на ± 600 кВ, 3150 МВт каждый, соединяя Порту-Велью в штате Рондония с районом Сан-Паулу. Длина линии постоянного тока составляет 2 375 км (1476 миль).
Существующие линии связи В стадии строительства Предлагаемые Многие из этих линий постоянного тока высокого напряжения передают электроэнергию от возобновляемых источников, таких как гидро и ветер. Названия см. Также в аннотированной версии . Высокое напряжение используется для передачи электроэнергии для уменьшения потерь энергии в сопротивлении проводов. Для заданного количества передаваемой мощности удвоение мощности даст ту же мощность только при половине тока. Мощность, теряемая в виде тепла в проводах, прямо пропорциональна квадрату тока, удвоение напряжения снижает потери в линии в 4 раза. Хотя потери мощности при передаче также могут быть уменьшены за счет увеличения размера проводника, используются более крупные проводники. тяжелее и дороже.
Высокое напряжение нельзя использовать для освещения или двигателей, поэтому для конечного оборудования необходимо снизить напряжение на уровне передачи. Трансформаторы используются для изменения уровней напряжения в цепях передачи переменного тока (переменного тока). Трансформаторы сделали изменение напряжения практичным, а генераторы переменного тока были более эффективными, чем генераторы постоянного тока. Эти преимущества приводят к тому, что первые низковольтные системы передачи постоянного тока были вытеснены системы переменного тока на рубеже 20-го века.
Практическое преобразование энергии между переменным и постоянным током стало возможным с развитием силовой электроники такие устройства, как ртутно-дуговые клапаны и, начиная с 1970-х годов, полупроводниковые устройства, такие как тиристоры, интегрированные тиристоры с затворной коммутацией (IGCT), МОП-управляемые тиристоры (MCT) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).
Принципиальная схема Система передачи HVDC Thury 
HVDC в 1971 году: этот 150 кВ ртутно-дуговый клапан преобразовал напряжение переменного тока гидроэнергетики для передачи в отдаленные города от генераторов Manitoba Hydro. 
Пилоны Балтийского кабеля HVDC в Швеции Первая передача электроэнергии на большие расстояния была использована с использованием постоянного тока в 1882 году на Miesbach-Munich Power Трансмиссия, но было передано всего 1,5 кВт. Один из первых методов передачи HVDC был разработан швейцарским инженером Рене Тюри, и его метод был применен на практике к 1889 году в Италии компанией Acquedotto De Ferrari-Galliera. В этой системе использовались соединенные комплекты мотор-генератор для увеличения напряжения. Каждый комплект был изолирован от электрического заземления и приводился в действие изолированными валами от первичного двигателя. Линия передачи работала в режиме «постоянного тока», с напряжением до 5000 вольт на каждой машине, некоторые машины имели двойные коммутаторы для снижения напряжения на каждом коммутаторе. Эта система передавала 630 кВт при 14 кВ постоянного тока на расстоянии 120 км. Система Мутье-Лион передала 8 600 кВт гидроэлектроэнергии на расстоянии 200 км, включая 10 км подземного кабеля. Эта система использовала восемь соединенных генераторов с двойными коммутаторами для общего напряжения 150 кВ между положительным и отрицательным полюсами и работала с 1906 по 1936 год. К 1913 году в эксплуатации находилось пятнадцать систем Thury. 100 кВ постоянного тока работали до 1930-х годов, но вращающееся оборудование требовало значительного обслуживания и имело большие потери энергии. Различные другие электромеханические устройства были испытаны в течение первой половины 20-го века без большого успеха.
Одна из попыток преобразования постоянного тока из высокого напряжения передачи в следующем: зарядите последовательно соединенные батареи, повторно подключите батареи для обслуживания распределительных нагрузок. На рубеже 20-го века были установлены две коммерческие установки, этот метод в целом оказался бесполезным из-за ограниченных батарей, трудностей переключения между последовательными и параллельными подключениями, а также внутренней неэффективностью заряда / разряда батареи. цикл. (Современная аккумуляторная электростанция включает в себя трансформаторы и инверторы для преобразования переменного тока в постоянный ток при соответствующих напряжениях.)
Впервые предложено в В 1914 году ртутно-дуговый клапан, управляемый сетью, стал доступен для передачи электроэнергии в период с 1920 по 1940 год. Начиная с 1932 года General Electric испытывала ртутные клапаны и линию электропередачи 12 кВ постоянного тока. линия, которая также служила для преобразования генерации 40 Гц для обслуживания нагрузок 60 Гц, в Механиквилле, Нью-Йорк. В 1941 г. была спроектирована подземная кабельная линия мощностью 60 МВт, ± 200 кВ, 115 км для города Берлин с использованием ртутных дуговых клапанов (Эльба-Проект ), но из-за обрушения правительства Германии в 1945 проект так и не был завершен. Номинальное обоснование проекта состояло в том, что во время войны проложенный кабель будет менее заметным в качестве цели для бомбардировки. Оборудование было перевезено в Советского Союза и там введено в эксплуатацию как система высоковольтного питания постоянного тока Москва - Кашира. Система Москва - Кашира и соединение группы Уно Ламма в 1954 году в ASEA между континентальной частью Швеции и островом Готланд ознаменовали начало современной эры передачи HVDC.
Ртутным дуговым клапаном требуется внешняя цепь, чтобы сбросить ток до нуля и, таким образом, выключить клапан. В приложениях HVDC сама система переменного тока обеспечивает средства коммутации тока на другой клапан в преобразователе. Следовательно, преобразователи, построенные с использованием ртутных дуговых клапанов, известны как преобразователи с линейной коммутацией (LCC). Для LCC требуются вращающиеся синхронные машины в системах переменного тока, к которым они подключены, что делает невозможным передачу энергии на пассивную нагрузку.
Ртутные дуговые клапаны были обычным явлением в системах, разработанных до 1972 г., последняя система HVDC с ртутной дугой (система Nelson River Bipole 1 в Манитоба, Канада) был введен в период эксплуатации поэтапно в с 1972 по 1977 год. С тех пор все ртутные дуговые системы были либо остановлены, либо переведены на использование твердотельных устройств. Последней системой HVDC, в которой использовались ртутные дуговые клапаны, была линия HVDC между островами между Северным и Южным островами Новой Зеландии, которая использовала их на одном из двух полюсов. 1 августа 2012 года ртутные дуговые клапаны были выведены из эксплуатации перед вводом в эксплуатацию сменных тиристорных преобразователей.
С 1977 года в новых системах HVDC использовались только твердотельные устройства, в большинстве случаев тиристоры. Как и ртутные дуговые клапаны, тиристоры требуют подключения к внешней цепи переменного тока в приложениях HVDC. HVDC с использованием тиристоров также известен как преобразователь с линейной коммутацией (LCC) HVDC.
Разработка тиристорных вентилей для HVDC началась в конце 1960-х годов. Первой полной HVDC, основанной на тиристоре, была схема Eel River в Канаде, которая была построена General Electric и вступила в строй в 1972 году.
15 марта В 1979 г. было подано питание на тиристорное соединение постоянного тока мощностью 1920 МВт между Кабора-Басса и Йоханнесбург (1410 км). Конверсионное оборудование было построено в 1974 году компанией Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft AG (AEG), а Brown, Boveri Cie (BBC) и Siemens были связаны в проекте. Перебои в обслуживании на несколько лет были результатом гражданской войны в Мозамбике. Напряжение передачи ± 533 кВ было самым высоким в мире в то время.
Линейно-коммутируемые преобразователи имеют некоторые ограничения при их использовании в системах HVDC. Это происходит из-за того, что в цепи переменного тока требуется отключение тока тиристора, а также из-за необходимости короткого периода «обратного» напряжения для выполнения выключения (времени выключения). Попыткой устранения этих ограничений является преобразователь с конденсаторной коммутацией (CCC), который использовался в небольшом количестве систем HVDC. CCC отличается от обычной HVDC, что в ней установлены конденсаторы серии , вставленные в тем линии переменного тока на первичной или вторичной стороне трансформатора преобразователя. Последовательные конденсаторы частично компенсируют коммутирующую индуктивность преобразователя и снижают токи повреждения. Это также позволяет использовать меньший угол затухания с преобразователем / инвертором, уменьшая потребность в поддержке реактивной мощности.
Однако CCC остался лишь нишевым приложением из-за преобразователей источника напряжения (VSC), которые полностью исключают необходимость во времени гашения (выключения).
Широко используемые в моторных приводах с 1980-х годов, преобразователи источников напряжения начали появляться в высоковольтных сетях постоянного тока в 1997 году с экспериментальными Проект Hellsjön - Grängesberg в Швеции. К концу 2011 года эта технология заняла значительную долю рынка HVDC.
Разработка более мощных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), тиристоров выключения затвора (GTO) и интегрированных тиристоров с коммутацией затвора (IGCT), сделал меньшие системы HVDC экономичными. Производитель ABB Group называет эту концепцию HVDC Light, в то время как Siemens называет аналогичную концепцию HVDC PLUS (универсальная система Power Link), а Alstom называет свой продукт на Основа этой технологии HVDC MaxSine. Они распространилища HVDC до блоков величиной в несколько десятков мегаватт и воздушных линий длиной всего несколько десятков километров. Существует несколько различных вариантов технологии VSC: большинство установок, построенных до 2012 года, используется широтно-импульсная модуляция в схеме, которая является фактически приводом двигателя сверхвысокого напряжения. Текущие установки, включая HVDC PLUS и HVDC MaxSine, основаны на вариантах преобразователя, называемого модульным многоуровневым преобразователем (MMC).
Многоуровневые преобразователи имеют то преимущество, что они позволяют уменьшить или полностью исключить оборудование для фильтрации гармоник. Для сравнения: фильтры гармоник переменного тока типичных преобразовательных подстанций с сетевой коммутацией покрывают почти половину площади преобразовательной подстанции.
Со временем системы преобразователей напряжения, вероятно, заменят все установленные простые системы на основе тиристоров, включая самые мощные системы передачи мощности постоянного тока.
Схема передачи постоянного тока «точка-точка» на больших расстояниях обычно имеет более низкие общие инвестиционные затраты и меньшие потери, чем эквивалентная схема передачи переменного тока. Оборудование для преобразования HVDC на оконечных станциях является дорогостоящим, но общие затраты на линии передачи постоянного тока на большие расстояния ниже, чем для линии переменного тока на том же расстоянии. Для HVDC требуется меньше проводов на единицу расстояния, чем для линии переменного тока, поскольку нет необходимости поддерживать три фазы и отсутствует скин-эффект.
В зависимости от уровня напряжения и деталей конструкции, потери при передаче при передаче HVDC указано как менее 3% на 1000 км, что на 30–40% меньше, чем для линий переменного тока при тех же уровнях напряжения. Это с тем, что постоянный ток передает только активную мощность и таким образом, вызывает меньшие потери, чем переменный ток, который передает как активную, так и реактивную мощность ..
Передача HVDC также может быть выбрана для других технических целей. HVDC может передавать мощность между отдельными сетями переменного тока. Поток мощности HVDC между отдельными системами переменного тока может управляться для поддержки любой сети в переходных условиях, но без риска того, что серьезный обрушение энергосистемы в одной сети к краху второй. HVDC улучшает управляемость, контроль по крайней мере одна линия HVDC встроена в сеть переменного тока - в дерегулируемой среде функция управляемости особенно полезна там, где необходимая торговля энергией.
Сочетание экономических и технических средств передачи HVDC может сделать ее подходящим выбором для подключения источников источников питания, предоставленных основными потребителями.
Конкретные приложения, в которых технология передачи HVDC обеспечивает преимущества, включая:
Протяженные подводные или подземные высоковольтные кабели имеют высокую электрическую емкость по сравнению с воздушными линиями передачи, так как токоведущие проводники внутри кабеля окружены относительно тонким слоем изоляция (диэлектрик ) и металлическая оболочка. Геометрия - это дл инный коаксиальный конденсатор . Общая емкость увеличивается с увеличением длины кабеля. Эта емкость находится в параллельной цепи с нагрузкой. Если для передачи по кабелю используется переменный ток, в кабеле должен протекать дополнительный ток для зарядки емкости этого кабеля. Этот дополнительный ток вызывает дополнительные потери энергии из-за рассеивания тепла в проводниках кабеля, повышая его температуру. Дополнительные потери энергии также возникают в результате диэлектрических потерь в изоляции кабеля.
Однако, если используется постоянный ток, емкость кабеля заряжается только при первом подаче напряжения на кабель или при изменении уровня напряжения; дополнительный ток не требуется. Для достаточно длинного кабеля переменного тока вся токонесущая способность проводника потребуется только для подачи зарядного тока. Эта проблема емкости кабеля ограничивает длину и допустимую мощность кабелей питания переменного тока. Кабели с питанием от постоянного тока ограничены только их температурой и законом Ома. Хотя через диэлектрический изолятор протекает некоторый ток утечки, он невелик по сравнению с номинальным током кабеля.
Емкостный эффект длинных подземных или подводных кабелей в системах передачи переменного тока также применяется к воздушным линиям переменного тока, хотя и в гораздо меньшей степени. Тем не менее, для длинной воздушной линии электропередачи переменного тока ток, протекающий только для зарядки емкости линии, может быть значительным, и это снижает способность линии передавать полезный ток к нагрузке на удаленном конце. Еще одним фактором, снижающим полезную токонесущую способность линий переменного тока, является скин-эффект, который вызывает неравномерное распределение тока по площади поперечного сечения проводника. Провода линии электропередачи, работающие с постоянным током, не страдают ни одним ограничением. Следовательно, при тех же потерях в проводнике (или тепловом эффекте) данный проводник может передавать больше мощности нагрузке при работе с HVDC, чем с переменным током.
Наконец, в зависимости от условий окружающей среды и характеристик изоляции воздушной линии, работающей с HVDC, для данной линии передачи может быть возможно работать с постоянным напряжением HVDC, которое приблизительно равно пиковому напряжению переменного тока. для чего он разработан и изолирован. Мощность, подаваемая в систему переменного тока, определяется как среднеквадратичное значение (RMS) напряжения переменного тока, но RMS составляет лишь около 71% от пикового напряжения. Следовательно, если линия HVDC может непрерывно работать с напряжением HVDC, которое совпадает с пиковым напряжением эквивалентной линии переменного тока, то для заданного тока (где ток HVDC совпадает со среднеквадратичным током в линии переменного тока) способность передачи мощности при работе с HVDC примерно на 40% выше, чем способность при работе от переменного тока.
Поскольку HVDC позволяет передавать мощность между несинхронизированными системами распределения переменного тока, это может помочь повысить стабильность системы, предотвращая распространение каскадных отказов из одной части более широкой сеть передачи электроэнергии в другую. Изменения нагрузки, которые могут привести к рассинхронизации и разделению частей сети переменного тока, не повлияют аналогичным образом на звено постоянного тока, а поток мощности через звено постоянного тока будет иметь тенденцию к стабилизации сети переменного тока. Величину и направление потока мощности через звено постоянного тока можно напрямую контролировать и изменять по мере необходимости для поддержки сетей переменного тока на любом конце звена постоянного тока. Это заставило многих операторов энергосистем задуматься о более широком использовании технологии HVDC только ради ее стабильности.
Недостатками HVDC являются преобразование, переключение, управление, доступность и обслуживание.
HVDC менее надежен и имеет более низкую доступность, чем системы переменного тока (AC), в основном из-за дополнительного оборудования для преобразования. Однополюсные системы имеют коэффициент готовности около 98,5%, при этом около трети простоев являются незапланированными из-за неисправностей. Отказоустойчивые бипольные системы обеспечивают высокую доступность для 50% пропускной способности канала, но доступность полной пропускной способности составляет от 97% до 98%.
Требуемые преобразовательные подстанции дороги и имеют ограниченная перегрузочная способность. На меньших расстояниях передачи потери в преобразовательных подстанциях могут быть больше, чем в линии передачи переменного тока на том же расстоянии. Стоимость преобразователей не может быть компенсирована снижением стоимости строительства линии и меньшими потерями в линии.
Работа по схеме HVDC требует наличия большого количества запасных частей, часто исключительно для одной системы, поскольку системы HVDC менее стандартизированы, чем системы переменного тока, а технологии меняются быстрее.
В отличие от систем переменного тока реализация многополюсных систем сложна (особенно с преобразователями с линейной коммутацией), как и расширение существующих схем до многополюсных систем. Для управления потоком мощности в многотерминальной системе постоянного тока требуется хорошая связь между всеми терминалами; поток мощности должен активно регулироваться системой управления преобразователем вместо того, чтобы полагаться на свойства собственного импеданса и фазового угла линии передачи переменного тока. Многотерминальные системы встречаются редко. По состоянию на 2012 год только два находятся в эксплуатации: линия Hydro Québec - New England между Radisson, Sandy Pond и Nicolet и линия Сардиния - материковая Италия, которая была изменена в 1989 году, чтобы также обеспечивают питание острова Корсика.
HVDC автоматические выключатели трудно построить из-за дуги : под переменным током напряжение инвертируется, и при этом пересекает ноль вольт десятки раз в секунду. Дуга переменного тока будет «самозатухать» в одной из этих точек пересечения нуля, потому что не может быть дуги, где нет разности потенциалов. Постоянный ток никогда не пересечет нулевое напряжение и никогда не погаснет, поэтому длина дуги и продолжительность дуги намного больше при постоянном токе, чем при таком же напряжении переменного тока. Это означает, что в автоматический выключатель должен быть включен какой-то механизм, чтобы сбросить ток до нуля и погасить дугу, в противном случае искрение и износ контактов будут слишком большими, чтобы обеспечить надежное переключение.
В ноябре 2012 года компания ABB объявила о разработке первого в мире сверхбыстрого выключателя постоянного тока высокого напряжения. Механические автоматические выключатели слишком медленные для использования в сетях высокого напряжения постоянного тока, хотя они уже много лет используются в других приложениях. И наоборот, полупроводниковые прерыватели достаточно быстры, но обладают высоким сопротивлением при проведении, расходе энергии и выделении тепла при нормальной работе. Выключатель АББ сочетает в себе полупроводниковые и механические выключатели для создания «гибридного выключателя» с малым временем отключения и низким сопротивлением при нормальной работе.
Гибридный выключатель основан на обычном полупроводниковом выключателе («главный выключатель») с характерным малым временем отключения, допуском полного напряжения и тока, а также характеристическим сопротивлением при проводимости. Этот главный выключатель размещается параллельно «коммутатору нагрузки»: небольшому полупроводниковому выключателю («переключатель коммутации нагрузки»), включенному последовательно с быстрым механическим переключателем («сверхбыстрым разъединителем»). Хотя ни один элемент коммутатора нагрузки не может отключить полное напряжение в линии, коммутатор нагрузки может безопасно пропускать нормальный рабочий ток с меньшими резистивными потерями, чем главный выключатель. Наконец, есть медленный механический переключатель для полного отключения линии. Его нельзя открыть, когда линия находится под напряжением, но она полностью отключит линию без утечки тока и выделения тепла. При нормальной работе все переключатели замкнуты (включены), и большая часть тока проходит через коммутатор нагрузки с низким сопротивлением, а не через главный выключатель с более высоким сопротивлением.
Когда требуется отключение, первым шагом является отключение коммутатора нагрузки: низковольтный полупроводниковый выключатель размыкается, и это направляет почти весь ток через главный выключатель. Главный выключатель по-прежнему работает, поэтому коммутатор нагрузки не видит все напряжение в линии, а только падение напряжения, вызванное тем, что главный высоковольтный выключатель не является идеальным проводником. Поскольку переключатель коммутации нагрузки разомкнут, сверхбыстрый разъединитель не подвергается воздействию высокого тока и может размыкаться без повреждения дуги. При размыкании механического переключателя коммутатор нагрузки теперь полностью отключен: в полупроводниковом переключателе не выделяется тепло, и даже полное линейное напряжение не может проходить через него. Теперь весь ток проходит через главный выключатель.
Теперь главный выключатель размыкается, прерывая ток. Это снижает ток почти до нуля, но увеличивает напряжение на главном выключателе и коммутаторе нагрузки почти до полного линейного напряжения. Если бы переключатель коммутации нагрузки не был ранее механически отключен, это напряжение могло бы его повредить. Поскольку главный выключатель является полупроводниковым выключателем, он отключает почти весь ток, но не весь его, поэтому для окончательной изоляции медленный механический выключатель отключает линию. Поскольку почти весь ток блокируется главным выключателем, его можно отключить без повреждений.
Как правило, поставщики систем HVDC, таких как Alstom, Siemens и ABB, не указывайте подробные сведения о стоимости конкретных проектов. Это может рассматриваться как коммерческий вопрос между поставщиком и клиентом.
Затраты сильно различаются в зависимости от специфики проекта (таких как номинальная мощность, длина цепи, воздушные и кабельные маршруты, затраты на землю и необходимые улучшения сети переменного тока на любом из терминалов). Подробное сравнение затрат на передачу постоянного и переменного тока может потребоваться в ситуациях, когда нет явных технических преимуществ для постоянного тока, и выбор определяется только экономическими соображениями.
Тем не менее, некоторые практикующие специалисты предоставили некоторую информацию:
Для линии 8 ГВт 40 км, проложенной под Ла-Маншем, ниже приведены приблизительные затраты на основное оборудование для 2000 МВт 500 кВ. биполярная обычная линия HVDC (исключая отходы, береговые работы по укреплению, согласование, инженерные работы, страхование и т. д.)
Таким образом, для мощности 8 ГВт между Великобританией и Францией в четырех звеньях мало что осталось от 750 миллионов фунтов стерлингов за установленные работы. Добавьте еще 200–300 миллионов фунтов стерлингов для других работ в зависимости от требуемых дополнительных береговых работ.
Объявление в апреле 2010 года о строительстве линии 2 000 МВт, 64 км между Испанией и Францией, оценивается в 700 миллионов евро. Сюда входит стоимость туннеля через Пиренеи.
В основе преобразовательной подстанции HVDC, оборудования, которое выполняет преобразование между переменным током и постоянным током и называется преобразователем. Почти все преобразователи HVDC изначально способны преобразовывать переменный ток в постоянный (выпрямление ) и из постоянного тока в переменный (инверсия ), хотя во многих системах HVDC система в целом оптимизирована. для потока мощности только в одном направлении. Независимо от того, как спроектирован сам преобразователь, станция, которая работает (в данный момент) с потоком энергии от переменного тока к постоянному, называется выпрямителем, а станция, которая работает с потоком мощности от постоянного тока к переменному току, называется инвертор.
Ранние системы HVDC использовали электромеханическое преобразование (система Thury), но все системы HVDC, построенные с 1940-х годов, использовали электронные (статические) преобразователи. Электронные преобразователи для HVDC делятся на две основные категории:
Большинство действующих сегодня систем HVDC основано на преобразователях с линейной коммутацией.
В базовой конфигурации LCC используется трехфазный мостовой выпрямитель или шестиимпульсный мост, содержащий шесть электронных переключателей, каждый из которых соединяет одну из трех фаз с одной из двух шин постоянного тока. Полный коммутирующий элемент обычно называют клапаном, независимо от его конструкции. Однако при изменении фазы только каждые 60 ° при использовании этой схемы на выводах постоянного и переменного тока возникают значительные гармонические искажения .
Двенадцатиимпульсный мостовой выпрямитель В усовершенствованной схеме используется 12 вентилей в двенадцатиимпульсном мосте. Перед преобразованием переменный ток разделяется на два отдельных трехфазных источника питания. Затем один из комплектов источников питания конфигурируется так, чтобы иметь вторичную обмотку звезды (звезда), а другой - вторичную обмотку треугольником, устанавливая разность фаз 30 ° между двумя наборами из трех фаз. С двенадцатью клапанами, соединяющими каждый из двух наборов из трех фаз с двумя шинами постоянного тока, фаза изменяется каждые 30 °, и гармоники значительно уменьшаются. По этой причине двенадцатипульсная система стала стандартной для большинства систем HVDC с линейной коммутацией, построенных с 1970-х годов.
В преобразователях с линейной коммутацией преобразователь имеет только одну степень свободы - угол зажигания, который представляет собой временную задержку между положительным напряжением на клапане (в этот момент клапан начал бы проводить, если бы он был изготовлены из диодов) и включаемые тиристоры. The DC output voltage of the converter steadily becomes less positive as the firing angle is increased: firing angles of up to 90° correspond to rectification and result in positive DC voltages, while firing angles above 90° correspond to inversion and result in negative DC voltages. The practical upper limit for the firing angle is about 150–160° because above this, the valve would have insufficient turnoff time.
Early LCC systems used mercury-arc valves, which were rugged but required high maintenance. Because of this, many mercury-arc HVDC systems were built with bypass распределительное устройство через каждый шестиимпульсный мост, так что схема HVDC может работать в шестиимпульсном режиме в течение коротких периодов обслуживания. Последняя ртутная дуговая система была остановлена в 2012 году.
Тиристорный клапан впервые был использован в системах высокого напряжения постоянного тока в 1972 году. Тиристор представляет собой твердотельное полупроводниковое устройство. аналогичен диоду , но с дополнительной клеммой управления, которая используется для включения устройства в определенный момент во время цикла переменного тока. Поскольку напряжения в системах HVDC, в некоторых случаях до 800 кВ, намного превышают напряжения пробоя используемых тиристоров, тиристорные клапаны HVDC построены с использованием большого количества последовательно включенных тиристоров. Дополнительные пассивные компоненты, такие как градуированные конденсаторы и резисторы, необходимо подключать параллельно к каждому тиристору, чтобы гарантировать, что напряжение на клапане равномерно распределяется между тиристорами. Тиристор плюс его схемы градуировки и другое вспомогательное оборудование известно как тиристорный уровень.
Блоки тиристорных клапанов для полюса 2 HVDC Inter-Island между Северным и Южным островами Новой Зеландии. Человек внизу показывает шкалу размеров клапанов. Каждый тиристорный клапан обычно содержит десятки или сотни тиристорных уровней, каждый из которых работает с различным (высоким) потенциалом относительно земли. Таким образом, командную информацию для включения тиристоров нельзя просто отправить по проводному соединению - ее необходимо изолировать. Метод изоляции может быть магнитным, но обычно оптическим. Используются два оптических метода: косвенный и прямой оптический запуск. В методе непрямого оптического запуска низковольтная управляющая электроника посылает световые импульсы по оптическим волокнам в управляющую электронику на стороне высокого напряжения, которая получает свою мощность от напряжения на каждом тиристоре. Альтернативный метод прямого оптического запуска обходится без большей части электроники верхнего плеча, вместо этого используются световые импульсы от управляющей электроники для переключения световых тиристоров (LTT), хотя может все же потребоваться небольшой блок контрольной электроники для защиты клапана.
В преобразователе с линейной коммутацией постоянный ток (обычно) не может менять направление; он протекает через большую индуктивность и может считаться почти постоянным. Со стороны переменного тока преобразователь ведет себя примерно как источник тока, подавая в сеть переменного тока токи сетевой частоты и гармонические токи. По этой причине преобразователь с линейной коммутацией для HVDC также рассматривается как инвертор с источником тока.
Поскольку тиристоры могут быть включены (не выключены) только управляющим воздействием, система управления имеет только одну степень свободы - когда включать тиристор. В некоторых случаях это важное ограничение.
С некоторыми другими типами полупроводниковых устройств, такими как биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), можно управлять включением и выключением, что дает вторую степень свободы. В результате их можно использовать для изготовления самокоммутируемых преобразователей. В таких преобразователях полярность постоянного напряжения обычно фиксирована, и постоянное напряжение, сглаженное большой емкостью, можно считать постоянным. По этой причине преобразователь HVDC, использующий IGBT, обычно называют преобразователем с источником напряжения. Дополнительная управляемость дает много преимуществ, в частности, возможность включать и выключать IGBT много раз за цикл, чтобы улучшить характеристики гармоник. Поскольку преобразователь является самокоммутируемым, его работа больше не зависит от синхронных машин в системе переменного тока. Следовательно, он может подавать питание в сеть переменного тока, состоящую только из пассивных нагрузок, что невозможно с LCC HVDC.
В системах HVDC, основанных на преобразователе напряжения, обычно используется шестиимпульсное соединение, поскольку преобразователь производит меньше гармонических искажений, чем сопоставимый LCC, и в двенадцатиимпульсном соединении нет необходимости.
Большинство систем VSC HVDC, построенных до 2012 года, основаны на двухуровневом преобразователе, который можно рассматривать как шестиимпульсный мост, в котором тиристоры были заменены на IGBT с обратнопараллельными диодами, сглаживающие реакторы постоянного тока были заменены сглаживающими конденсаторами постоянного тока. Такие преобразователи получили свое название от двух дискретных напряжений на выходе переменного тока каждой фазы, которые соответствуют друг другу положительных и отрицательных клемм постоянного тока. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) обычно используется для улучшения гармонических искажений преобразователя.
Некоторые системы HVDC построены с трехуровневыми преобразователями, но сегодня большинством новых систем VSC HVDC строятся с той или иной формой многоуровневого преобразователя, чаще всего с модульным многоуровневым преобразователем (MMC), в каждом клапане из ряда независимых субмодулей преобразователя, каждый из которых содержит свой накопительный конденсатор. IGBT в каждом субодуле либо обходят конденсатор, либо подключают его к цепи, позволяя вентилю синтезировать ступенчатое напряжение с очень низкими уровнями гармонических искажений.
Однофазный трехобмоточный преобразовательный трансформатор. Слева показаны длинные втулки обмотки клапана, которые выступают через стену зала клапана . Изолятор линейной обмотки действует вертикально вверх по центру справа ., и обеспечить правильное возможное напряжение постоянного тока. Затем выход этих трансформаторов подключается к преобразователю.
Преобразовательные трансформаторы для схем LCC HVDC являются специализированными из-за высоких уровней гармонических токов, протекающих через них, а также из-за того, что изоляция вторичной обмотки испытывает постоянное напряжение постоянного тока, что влияет на конструкцию изолирующей конструкции. (клапана сторона требует более прочной изоляции) внутри бака. В системах LCC трансформаторы также должны обеспечивать сдвиг фазы на 30 °, необходимый для подавления гармоник.
Преобразовательные трансформаторы для систем VSC HVDC обычно проще и стандартнее по конструкции, чем трансформаторы для систем LCC HVDC.
Главный недостаток систем HVDC, использующие преобразователи с линейной коммутацией, включающие в себя преобразователи по своей природе потребляют реактивную мощность. Переменный ток, протекающий в преобразователь из системы переменного тока, отстает от напряжения переменного тока, поэтому, независимо от потока мощности, преобразователь всегда поглощает реактивную мощность, ведя себя так же, как шунтирующий реактор. Потребляемая реактивная мощность составляет не менее 0,5 Мвар / МВт в идеальных условиях и может быть выше, когда преобразователь работает с более высоким, чем обычно, углом зажигания или затухания или пониженным напряжением постоянного тока.
Хотя на преобразовательных подстанциях HVDC, подключенных напрямую к электростанциям, часть реактивной мощности может обеспечиваться самими генераторами, в большинстве случаев реактивная мощность, потребляемая преобразователь должен быть снабжен батареями шунтирующих конденсаторов, подключенных к клеммам переменного тока преобразователя. Шунтирующие конденсаторы обычно подключаются непосредственно к сетевому напряжению, но в некоторых случаях могут быть подключены к более низкому напряжению через третичную обмотку трансформатора преобразователя.
Потребляемая реактивная мощность на потребляемой мощности зависит от потребляемой мощности, шунтирующие конденсаторы обычно необходимо разделить на несколько переключаемых батарей, чтобы предотвратить образование избыточной реактивной мощности. при низкой передаваемой мощности.
Шунтирующие конденсаторы почти всегда снабжены настраиваемыми реакторами и, при необходимости, демпфирующими резисторами, чтобы они могли выполнять двойную в качестве фильтров гармоник.
Преобразователи напряжения, с другой стороны, могут либо потреблять реактивную мощность по запросу, в результате чего обычно не требуются отдельные шунтирующие конденсаторы (кроме тех, которые требуются исключительно для фильтрации).
Все силовые электронные преобразователи генерируют некоторую степень гармонических искажений в системах переменного и постоянного тока, к которым они подключены, и преобразователи HVDC не являются исключением.
С недавно разработанным модульным многоуровневым преобразователем (MMC) уровни гармонических искажений могут быть практически незначительными, но с преобразователями с линейной коммутацией и более простыми типами преобразователей источника напряжения возникают общие гармонические искажения как на стороне постоянного и постоянного тока преобразователя. В результате фильтры гармоник почти всегда требуются схемы вывода переменного тока таких преобразователей, а в системе вывода HVDC с использованием воздушных линий также могут потребоваться стороны постоянного тока.
Базовым строительным блоком преобразователя HVDC с линейной коммутацией является фильтр. Эта схема очень высоких уровней гармонических искажений, действующая как источник тока, вводя гармонические токи порядка 6n ± 1 в системе переменного тока и генерируя гармонические напряжения порядка 6n, накладываемые на напряжение постоянного тока.
Обеспечение фильтров гармоник, способное подавлять такие гармоники, является очень дорогостоящим, почти всегда используется вариант, как каждый из двух соединенных шести шестиимпульсных мостов с фазовым сдвигом между ними 30 °). При двенадцатиимпульсной схеме гармоники по-прежнему генерируются, но только порядок 12n ± 1 на стороне переменного тока и 12n на стороне постоянного тока. Задача подавления таких гармоник сложной, но выполнимой.
Преобразователи с линейной коммутацией для HVDC обычно снабжены комбинациями фильтров гармоник, предназначенных для работы с 11-й и 13-й гармониками на переменном токе и 12-й гармоникой на стороне постоянного тока. Иногда могут быть установлены фильтры верхних частот для работы с 23-м, 25-м, 35-м, 37-м... на стороне переменного тока и 24-м, 36-м... на стороне постоянного тока. Иногда фильтры переменного тока могут также нуждаться в демпфировании на нехарактерных гармониках более низкого порядка, таких как 3-я или 5-я гармоники.
Задача разработки фильтров гармоник переменного тока для преобразовательных подстанций HVDC сложной и требующей больших вычислительных ресурсов, поскольку преобразователь не создает недопустимого уровня искажений напряжения в системе переменного тока, необходимо обеспечить, фильтры гармоник не резонируют с каким-либо компонентом в другом месте системы переменного тока. Для проектирования фильтров переменного тока необходимо детальное знание гармонического импеданса системы переменного тока в широком диапазоне частот.
Фильтры постоянного тока требуются только для систем передачи постоянного тока высокого напряжения, включающие воздушные линии. Искажение напряжения само по себе не является причиной, потому что параметры не подключаются напрямую к клеммам постоянного тока системы, основным критерием проектирования фильтров постоянного тока является обеспечение того, чтобы гармонические токи, протекающие в линиих постоянного тока, не вызывали помех. в близлежащих открытых телефонных линиях . С появлением цифровых мобильных телекоммуникационных систем, которые намного менее восприимчивы к помехам, фильтры постоянного тока становятся менее важными для систем HVDC.
Некоторые типы преобразователей напряжения могут создавать такие низкие уровни гармонических искажений, что фильтры вообще не требуются. Эти типы преобразователей, такие как двухуровневый преобразователь, используют с широтно-импульсной модуляцией (PWM), по-прежнему требуют некоторой фильтрации, хотя и меньшей, чем в системах преобразователей с линейной коммутацией.
В таких преобразователях спектр гармоник обычно смещается в сторону более высоких частот, чем у преобразователей с линейной коммутацией. Обычно это позволяет уменьшить размер фильтрующего оборудования. Доминирующими частотами гармоник являются боковые полосы частоты ШИМ и кратные ей. В приложениях HVDC частота ШИМ обычно составляет от 1 до 2 кГц.
Блок-схема монопольной системы с заземлением В монопольной конфигурации один из выводов выпрямителя соединен с заземлением. Другой вывод, находящийся под напряжением относительно земли, подключен к линии передачи. Заземленная клемма может быть подключена к соответствующему разъему на инвертирующей станции с помощью второго провода.
Если металлический обратный проводник не установлен, ток течет по земле (или воде) между двумя электродами. Это устройство представляет собой тип однопроводной системы заземления.
Электроды обычно располагаются на нескольких десятках километров от станций и подключаются к станциям через электродную линию среднего напряжения. Конструкция электродов зависит от того, установлено ли они на суше, на берегу или в море. Для монополярной конфигурации с заземлением потока тока на землю является однонаправленным, что означает, что конструкция одного из электродов (катод ) может быть относительно простой, хотя конструкция анода Электрод довольно сложный.
Электрохимическая коррозия металлических предметов, находящаяся в глубине земли, вместо альтернативного использования альтернативного проводника, как:
Эти эффекты можно устранить, установив металлический обратный провод между двумя концами монополярной линии передачи. Одна клемма клемма преобразователя соединена с землей, обратный провод не нужно изолировать для полного передаваемого напряжения, что делает его менее дорогостоящим, чем провод высокого напряжения. Решение о том, использовать ли металлический возвратный проводник, основывается на экономических, технических и экологических факторах.
Современные монополярные системы для чистых воздушных линий обычно имеют мощность 1,5 ГВт. Если используются подземные или подводные кабели, типичное значение составляет 600 МВт.
Большинство монополярных систем предназначена для будущего расширения биполярности. Опоры линий электропередачи могут быть спроектированы для проведения двух проводов, даже если используются для монопольной системы передачи только один. Второй проводник либо не используется, используется как электродная линия , либо подключается другим путем (как в случае Baltic Cable ).
Альтернативным примером использования двух высоковольтных проводов, работающих примерно на половину постоянного напряжения, с одним преобразователем на каждом конце. В этой схеме, как симметричный монополь, преобразователи заземлены только через высокий импеданс, и нет тока земли. Симметричное монопольное расположение характерно для преобразователя с линейной коммутацией (редким примером не является соединение NorNed ), но очень часто встречается в преобразователях с питанием источника напряжения, когда используются кабели.
Блок-схема биполярной земли системы, которая также имеет возврат на В биполярной передаче используется пара проводников, каждый с высоким потенциалом по отношению к земле, с противоположной полярностью. Эти проводники должны быть изолированы на полное напряжение, стоимость линии передачи выше, чем монополя с обратным проводом. Однако у биполярной передачи есть ряд преимуществ, которые делают ее привлекательное преимущество.
Биполярная система также может быть установлена с металлическим заземляющим проводом.
Биполярные системы могут выдерживать до 4 ГВт при напряжении ± 660 кВ с одним преобразователем на полюс, как в проекте Ниндун - Шаньдун в Китае. Преобразователи для этого проекта с номинальной мощностью 2000 МВт на 12-импульсный преобразователь были (по состоянию на 2010 год) самыми мощными преобразователями HVDC из когда-либо построенных. Еще более высокая мощность может быть достигнута путем последовательного соединения двух двенадцатиимпульсных преобразователей на каждом полюсе, как это используется в китайском проекте ± 800 кВ Сянцзяба-Шанхай, где используются два моста двенадцатипульсных преобразователей. на каждом полюсе, каждый рассчитан на 400 кВ постоянного тока и 1600 МВт.
Подводные кабельные установки, первоначально введенные в эксплуатацию как монопольные, могут быть модернизированы дополнительными кабелями и работать как двухполюсные.
Блок-схема биполярной системы передачи HVDC между двумя станциями, обозначенными A и B. AC - представляет сеть переменного тока CON - представляет клапан преобразователя, либо выпрямитель, либо инвертор, TR представляет собой силовой трансформатор, DCTL - провод линии передачи постоянного тока, DCL - фильтр постоянного тока индуктор, BS представляет собой переключатель байпаса, а PM представляет Коррекция коэффициента мощности и сети фильтров гармоник необходимы на обоих концах линии. Линия передачи постоянного тока может быть очень короткой при прямом соединении или простираться на сотни миль (км) над головой, под землей или под водой. Один провод линии постоянного тока можно заменить подключением к заземлению.. Биполярная схема может быть реализована так, что полярность одного или обоих полюсов может быть изменена. Это позволяет работать как два параллельных монополя. Если один провод выходит из строя, передача может продолжаться с пониженной мощностью. Потери могут увеличиться, если заземляющие электроды и линии не рассчитаны на дополнительный ток в этом режиме. Для снижения потерь в этом случае могут быть установлены промежуточные коммутационные станции, на которых можно отключать или распараллеливать линейные участки. Это было сделано на Inga – Shaba HVDC.
A стыковочная станция (или сокращенно B2B) - это завод, на котором оба преобразователя находятся в одной зоне, обычно в то же здание. Длина линии постоянного тока должна быть как можно короче. Двухкомпонентные станции HVDC используются для
Напряжение постоянного тока в Промежуточная цепь может быть выбрана произвольно на станциях HVDC, соединенных между собой, из-за небольшой длины проводника. Напряжение постоянного тока обычно выбирается как можно более низким, чтобы построить небольшой вентильный зал и уменьшите количество тиристоров, соединенных последовательно в каждом клапане. По этой причине на встречно-обратных станциях HVDC используются клапаны с наивы сшим доступным номинальным током (в некоторых случаях до 4,50 0 А).
Наиболее распространенная конфигурация линии HVDC состоит из двух преобразовательных подстанций, соединенных воздушной линией электропередачи или подводным кабелем.
Многоконтактные линии HVDC, соединяющие более двух точек, встречаются редко. Конфигурация нескольких клемм может быть последовательной, параллельной или гибридной (смесь последовательной и параллельной). Параллельная конфигурация обычно используется для станций большой мощности, а последовательная - для станций меньшей мощности. Примером может служить система передачи мощностью 2000 МВт Квебек - Новая Англия, открытая в 1992 году, которая в настоящее время является крупнейшей многополюсной системой HVDC в мире.
Многоконтактные системы сложно реализовать использование преобразователей с линейной коммутацией, поскольку реверс мощности осуществляется путем изменения полярности постоянного напряжения, что влияет на все преобразователи, подключенные к системе. В преобразователях с источником напряжения реверс мощности достигается за счет изменения направления тока, что значительно упрощает управление системами с несколькими клеммами, соединенными параллельно. По этой причине ожидается, что в ближайшем будущем многотерминальные системы станут гораздо более распространенными.
Китай расширяет свою сеть, чтобы справляться с возросшим спросом на электроэнергию и одновременно решать экологические задачи. В 2011 году компания China Southern Power Grid приступила к реализации пилотного проекта VSC HVDC с тремя терминалами. Проектные мощности рассчитаны на ± 160 кВ / 200 МВт - 100 МВт - 50 МВт и будут использоваться для передачи энергии ветра, генерируемой на острове Нанао, на материковую часть провинции Гуандун. сеть через 32 км комбинации сухопутных кабелей HVDC, морских кабелей и воздушных линий. Данный проект введен в эксплуатацию 19 декабря 2013 года.
В Индии проект мультитерминала планируется ввести в эксплуатацию в 2015-2017 годах. Его мощность составляет 6000 МВт, и он передает мощность по биполярной линии ± 800 кВ от двух преобразовательных станций, в Бисванат Чариали и Алипурдуар, на востоке, на преобразователь в Агра, расстояние 1728 км.
Кросс-Скагеррак состояли с 1993 года из 3 полюсов, из которых 2 были включены параллельно, а третий использовал противоположную полярность с более высокое напряжение передачи. Эта конфигурация закончилась в 2014 году, когда полюса 1 и 2 снова были перестроены для работы в биполе, а полюс 3 (LCC) работал в биполе с новым полюсом 4 (VSC). Это первая передача HVDC, в которой полюса LCC и VSC соединяются в биполе.
Похожее расположение было в HVDC Inter-Island в Новой Зеландии после увеличения мощности в 1992 году, в котором были установлены два оригинальных преобразователя (с использованием ртутно-дуговых клапанов) были подключены параллельно, питая тот же полюс, и установлен новый третий (тиристорный) преобразователь с противоположной полярностью и более высоким рабочим напряжением. Эта конфигурация закончилась в 2012 году, когда два старых преобразователя были заменены одним новым тиристорным преобразователем.
Схема, запатентованная в 2004 году, предназначена для преобразования существующих линий электропередачи переменного тока в HVDC. Два из трех проводников цепи работают как биполь. Третий провод используется как параллельный монополь, снабженный реверсивными клапанами (или параллельными клапанами, подключенными с обратной полярностью). Это позволяет переносить более сильные токи по бипольным проводникам и полностью использовать установленный третий проводник для передачи энергии. Высокие токи могут циркулировать по проводникам линии даже при низкой нагрузке для удаления льда. По состоянию на 2012 год трехполюсные преобразования не выполняются, хотя линия передачи в Индии была преобразована в двухполюсную HVDC (HVDC Sileru-Barsoor ).
Коронный разряд - это создание ионов в жидкости (например, воздух ) за счет присутствия сильного электрического поля. Электроны отрываются от нейтрального воздуха, и положительные ионы или электроны притягиваются к проводнику, в то время как заряженные частицы дрейфуют. Этот эффект может вызвать значительную потерю мощности, создать звуковые и радиочастотные помехи, образовать токсичные соединения, такие как оксиды азота и озон, и вызвать искрение.
Линии передачи переменного и постоянного тока могут генерировать корону, в первом случае в виде колеблющихся частиц, во втором - в виде постоянного ветра. Из-за пространственного заряда, образованного вокруг проводников, система HVDC может иметь примерно половину потерь на единицу длины системы переменного тока высокого напряжения, несущей такое же количество энергии. При монополярной передаче выбор полярности проводника под напряжением приводит к некоторой степени контроля над коронным разрядом. В частности, можно контролировать полярность испускаемых ионов, что может оказывать воздействие на окружающую среду при образовании озона. Отрицательные короны генерируют значительно больше озона, чем положительные короны, и генерируют его дальше по ветру от линии электропередачи, создавая потенциальные последствия для здоровья. Использование положительного напряжения снизит воздействие озона на монопольные линии электропередач постоянного тока высокого напряжения.
Возможность управления током через выпрямители и инверторы HVDC, их применение в соединении несинхронизированных сетей и их применение в эффективных подводных кабелях означает, что HVDC соединения часто используются на национальных или региональных границах для обмена электроэнергией (в Северной Америке соединения HVDC делят большую часть Канады и Соединенных Штатов на несколько электрических регионов, которые пересекают национальные границы, хотя цель этих соединений по-прежнему заключается в соединении несинхронизированного переменного тока сетки друг к другу). Морские ветряные электростанции также требуют подводных кабелей, а их турбины не синхронизированы. В соединениях на очень большие расстояния между двумя точками, например, при передаче электроэнергии от большой гидроэлектростанции на удаленном участке в городскую зону, можно надлежащим образом использовать системы передачи постоянного тока высокого напряжения; построено несколько таких схем. Для соединений с Сибирью, Канадой, Индией и Скандинавским Севером, снижение линейных затрат на HVDC также делает его применимым, см. Список проектов HVDC. Другие приложения отмечены в этой статье.
Линии передачи переменного тока могут соединять только синхронизированные сети переменного тока с одинаковой частотой с ограничениями на допустимую разность фаз между двумя концами линии. Многие области, которые хотят разделить электроэнергию, имеют несинхронизированные сети. Электросети Великобритании, Северной Европы и континентальной Европы не объединены в единую синхронизированную сеть. Япония имеет сети 50 Гц и 60 Гц. Континентальная Северная Америка, работающая с частотой 60 Гц повсюду, разделена на несинхронизированные регионы: Восток, Запад, Техас, Квебек, и Аляска. Бразилия и Парагвай, которые разделяют огромную гидроэлектростанцию плотина Итайпу, работают на частоте 60 Гц и 50 Гц соответственно. Однако системы HVDC позволяют объединять несинхронизированные сети переменного тока, а также добавляют возможность управления напряжением переменного тока и потоком реактивной мощности.
A Генератор, подключенный к длинной линии передачи переменного тока, может стать нестабильным и выйти из строя с удаленной системой электроснабжения переменного тока. Линия передачи HVDC может сделать экономически целесообразным использование удаленных участков генерации. Ветряные электростанции, расположенные вдали от берега, могут использовать системы HVDC для сбора энергии от нескольких несинхронизированных генераторов для передачи на берег по подводному кабелю.
В целом, однако, линия электропередачи HVDC будет соединяться между собой два участка переменного тока распределительной сети. Оборудование для преобразования переменного тока в постоянный значительно увеличивает стоимость передачи электроэнергии. Преобразование из переменного тока в постоянный известно как выпрямление, а из постоянного в переменный - как инверсия. При превышении определенного расстояния безубыточности (около 50 км для подводных кабелей и, возможно, 600–800 км для воздушных кабелей) более низкая стоимость электрических проводов постоянного тока высокого напряжения перевешивает стоимость электроники.
Преобразовательная электроника также дает возможность эффективно управлять электросетью посредством управления величиной и направлением потока мощности. Таким образом, дополнительным преимуществом существования линий постоянного тока высокого напряжения является потенциально повышенная стабильность в сети передачи.
Две линии HVDC пересекаются около Wing, Северная Дакота.В ряде исследований выявлены потенциальные преимущества очень обширных сверхсетей на основе HVDC, так как они могут смягчить эффекты прерывистости путем усреднения и сглаживания выходных данных большого количества географически разбросанных ветряных электростанций или солнечных электростанций. В исследовании Чиша делается вывод, что сеть, охватывающая окраины Европы, может обеспечить 100% возобновляемую энергию (70% ветра, 30% биомассы) по ценам, близким к сегодняшним. Были дебаты по поводу технической осуществимости этого предложения и политических рисков, связанных с передачей энергии через большое количество международных границ.
Строительство таких зеленых энергетических супермагистралей пропагандируется в белой книге, выпущенный Американской ассоциацией ветроэнергетики и Ассоциацией предприятий солнечной энергетики в 2009 году. В настоящее время разрабатываются четыре линии HVDC в США для передачи электроэнергии на большие расстояния.
В январе 2009 года Европейская комиссия предложила 300 миллионов евро для субсидирования развития линий постоянного тока высокого напряжения между Ирландией, Великобританией, Нидерландами, Германией, Данией и Швецией в рамках более широкого пакета стоимостью 1,2 миллиарда евро, поддерживающего подключение к морским ветровым станциям. фермы и трансграничные межсетевые соединения по всей Европе. Между тем, недавно созданная компания приняла Средиземноморский план развития солнечной энергии, чтобы импортировать большие объемы концентрированной солнечной энергии в Европу из Северной Африки и Ближнего Востока.
UHVDC (сверхвысокое прямое напряжение постоянного тока). -current) становится новейшим технологическим фронтом в технологии передачи постоянного тока высокого напряжения. UHVDC определяется как передача постоянного напряжения выше 800 кВ (HVDC обычно составляет от 100 до 800 кВ).
Одна из проблем современных суперсетей UHVDC заключается в том, что они, хотя и меньше, чем передача переменного тока или передача постоянного тока при более низких напряжениях, все же страдают от потери мощности при увеличении длины. Типичные потери для линий 800 кВ составляют 2,6% на 800 км. Повышение напряжения передачи на таких линиях снижает потери мощности, но до недавнего времени соединительные элементы , необходимые для соединения сегментов, были чрезмерно дорогими. Однако с развитием производства становится все более возможным строить линии сверхвысокого напряжения постоянного тока.
В 2010 году ABB Group построила первый в мире сверхвысоковольтный постоянный ток 800 кВ в Китае. Линия сверхвысокого напряжения постоянного тока Чжундун – Ваннань на 1100 кВ, протяженностью 3400 км и мощностью 12 ГВт была завершена в 2018 году. По состоянию на 2020 год было построено не менее тринадцати линий электропередачи сверхвысокого напряжения постоянного тока в Китае.
Хотя большая часть технологий UHVDC в последнее время развернута в Китае, они также были развернуты в Южной Америке и других частях Азии. В Индии ожидается завершение строительства линии длиной 1830 км, 800 кВ, 6 ГВт между Райгарх и Пугалур в 2019 году. В Бразилии линия Шингу-Эстрето протяженностью более 2076 км с мощностью 800 кВ и 4 ГВт была завершена в 2017 году. По состоянию на 2020 год в Европе или Северной Америке нет линии сверхвысокого напряжения постоянного тока (≥ 800 кВ).
Инженерный портал 
Энергетический портал  | На Викискладе есть материалы, связанные с HVDC. |
